Manual de sustenabilitate

Stilul de viaţă în viitortehnologii sustenabilecare pot salva viitorul

Kit educaţional | chemgeneration.com

2

Introducere

Stimate cititor,În zilele noastre se menţionează şi se foloseşte foarte des conceptul de dezvoltare sustenabilă - concept menționat frecvent ca aspect cheie pentru supraviețuirea noastră şi, pentru viitorul nostru, în cadrul căruia generațiile viitoare vor juca un rol esențial. cu toate acestea, termenul de sustenabilitate, etapele pe care cu toții ar trebui să le parcurgem, sunt adesea neclare chiar şi pentru noi, adulţii.

Scopul materialelor educaționale chemgeneration, create de BASF, este acela de a explica pe înţelesul tinerilor conceptul de sustenabilitate, prezentând inovaţii ştiințifice care pot schimba viitoarele oraşe, consumul de energie şi propria alimentație, cu alte cuvinte, viața cotidiană a oamenilor. elevii din ziua de astăzi cu siguranță vor folosi aceste inovaţii în viitor, deoarece probabil va fi inevitabil pentru aceştia să nu utilizeze maşini electrice, să nu locuiască în case pasive sau să nu utilizeze energia solară şi eoliană.

credem că şcolile şi profesorii pot face cele mai multe lucruri pentru dezvoltarea sustenabilă, dacă le prezintă elevilor aspectele privind sustenabilitatea ca fiind o valoare şi dacă le stimulează interesul pentru ştiințe, care, împreună cu inovațiile, vor avea un rol important în protecția mediului şi în dezvoltarea sustenabilă. Sperăm că noua generație va fi pasionată de o carieră ştiințifică şi că va fi motivată să ţină cont de sustenabilitate în profesia aleasă, cu ajutorul echipamentelor ştiințifice de ultimă generație.Vă dorim să aveți o activitate de succes şi cât mai mulți elevi interesați.

BASF pentru educAțIe șI SuStenABIlItAte

lABorAtorul BASF pentru copII

obiectivul BASF este să „creăm chimie pentru un viitor sustenabil”. dar ce înseamnă acest lucru? În calitate de parte integrantă din societate, compania cercetează şi creează inovații, ținând mereu cont de principiile dezvoltării sustenabile. pe durata a 150 de ani de activitate, compania BASF a realizat un număr important de descoperiri tehnologice care promovează dezvoltarea sustenabilă, de la materiale inovatoare care facilitează utilizarea mai eficientă a energiei ecologice la componente auto ecologice şi moderne. credem că putem face multe lucruri pentru sustenabilitate cu ajutorul metodelor ştiințifice moderne.

unul dintre obiectivele noastre este acela de a face cât mai cunoscut conceptul de sustenabilitate şi ştiințele care joacă un rol important în cadrul acesteia, în special pentru generația tânără, deoarece cheia spre viitor se află în mâinile ei. Au fost create şi dezvoltate diverse programe în care tinerii pot dobândi experiență personală în captivantul domeniu al ştiințelor, iar între timp, pot afla mai multe informaţii despre importanța chimiei în dezvoltarea sustenabilă a planetei.

programul educațional interactiv Kids’ lab este dedicat în special copiilor cu vârste cu-prinse între 6 şi 12 ani. Acesta le oferă copiilor posibilitatea de a descoperi chimia prin intermediul unor experimente chimice simple şi sigure, care le pot stârni curiozitatea pentru ştiință, în special pentru chimie.

We create chemistry

3

SIte-ul weB educAțIonAl www.cHeMGenerAtIon.coM

proGrAMul cHeMGenerAtIon

principalele obiective ale site-ului nostru, lansat acum patru ani, sunt ace-lea de a stârni interes față de ştiințe şi de a prezenta rolul chimiei în viaţa noastră, ţinând cont de importanţa ei pentru viitorul umanității şi dezvoltarea sustenabilă. Informaţia centrală a site-ului este alcătuită din prezentările princi-palelor descoperiri în domeniul chimiei, dar sunt prezentate şi informații despre ultimele inovații ştiințifice.

experimentând succesul site-ului web www.chemgeneration.com, în fiecare an creăm programe care să motiveze elevii de liceu să gândească şi să acţioneze ştiințific. În 2012 am prezentat tehnologii ştiințifice, care reprezintă componente esențiale pentru un oraş sustenabil şi modern, prin intermediul unui joc online denumit Future city (oraşul Viitorului). În 2013 am invitat elevii de liceu să participe la concursul chain reaction (reacție în lanț), care le-a activat elevilor cunoştințele de fizică şi chimie.

Fiecare echipă a trebuit să creeze un sistem de reacţie în lanț care să funcționeze doar cu ajutorul reacţiilor fizice şi chimice.

În anul şcolar 2014-2015 invităm din nou elevii de liceu să participe la un nou concurs de ştiinţe. concursul “eroii Viitorului” îşi propune să găsească viitori tineri inventatori care să aibă capacitatea de a aplica în mod creativ inovațiile ştiințifice pentru a implementa o soluție ecologică. echipele formate din elevi de liceu trebuie să efectueze

o cercetare ştiințifică şi să creeze o soluție inovatoare şi sustenabilă care să rezolve o problemă din cadrul comunității locale din care fac parte. Această problemă poate fi de exemplu, consumul ridicat de energie la nivel de şcoală, cantitatea excesivă de deşeuri, etc., iar ideea este ca metodele ştiințifice să fie utilizate pentru rezolvarea problemei. cele mai bune idei pot servi drept exemple de urmat şi îi pot inspira şi pe ceilalți să producă schimbări şi să utilizeze soluții sustenabile.

Manualul, care prezintă trei noi tendințe principale la nivel global, conține nouă articole ştiințifice bogat ilustrate, care descriu relația dintre sustenabilitate şi ştiințe la nivel global şi care afectează cel mai mult

planeta, în special utilizarea apei şi a energiei. textele prezintă elevilor cele mai noi inovații şi cercetări, oferindu-le multe informații interesante care să le atragă interesul. Articolele ştiințifice le facilitează şi profesorilor munca,

deoarece aceştia pot citi despre ultimele descoperiri ştiințifice despre care, probabil, nu au auzit încă.

MAnuAlul de SuStenABIlItAte

4

creşterea rapidă a populației şi oraşele în dezvoltare reprezintă o provocare pentru cercetători. Structura oraşelor se schimbă şi metodele de construcție a acestora devin tot mai prietenoase cu mediul. de asemenea, este important să avem aer curat şi un sistem sustenabil de gestionare a apei, probleme la care au fost furnizate deja unele soluţii ştiințifice uimitoare.

citiți despre cele mai noi eco-oraşe, metode inovatoare de construcție, purificarea biologică a apei şi potențialul desalinizării apei de mare. Familiarizați-vă cu consecințele poluării aerului şi cum să luptați împotriva acesteia cu cu ajutorul celor mai noi tehnologii ştiințifice.

5

VIAțA urBAnĂ

6

Viitorul apei – cum poate ştiința să ne potolească setea?

oamenii şi toate ființele au nevoie de apă pentru a supraviețui. din cauza creşterii populației la nivel global şi schimbărilor climatice, resursele de apă ale planetei noastre sunt în continuă scădere, iar cele care au rămas sunt tot mai dificil de utilizat. Acest articol dezvăluie ce poate face ştiința pentru a păstra apa curată.

Fiecare picătură este

prețioasă

Apa este una dintre cele mai comune substanțe de pe

pământ. este atât de comună, încât aproape trei sferturi din

suprafața pământului,

71%eSte AcoperItĂ

de ApĂ

?

oceanele, mările, lacurile şi râurile sunt resurse imense de apă, deşi polul nord şi polul Sud, ca şi ghețarii montani,

conțin de asemenea apă, sub formă de gheață.

n

S

=cum este posibil ca, în ciuda

resurselor uriaşe de apă, oamenii să se confrunte cu lipsa apei în

multe părți ale lumii?

răspunsul este că doar o parte

infimă, numai 2,5% din resursele de apă ale pământului, este potabilă, şi anume apa dulce. În plus,

cea mai mare parte din apa dulce este înghețată sub forma stratului

permanent de zăpadă şi gheață din ghețari sau este situată la adâncimi mari sub scoarţa terestră, între roci, ceea ce înseamnă că este greu de

ajuns la ea.

cu toate acestea, cererea de apă este în creştere. În prezent, este necesară

furnizarea apei pentru

pentru băut, hrană şi spălat. dar peste doar câteva decenii,

vor fi obligați să împartă o cantitate mult mai mică de apă.

7 miliarde de oameni în fiecare zi:

10 miliarde de oameni

7

țările bogate şi aride din orientul Mijlociu importă apă potabilă din lacurile canadei şi Siberiei, ceea ce înseamnă că, practic, această apă călătoreşte în jurul lumii până

ajunge la cel care o consumă. Similar, în America, oraşele mari cu milioane

de locuitori primesc apa de la sute de kilometri depărtare. oamenii de afaceri

care achiziționează resurse de apă la scară mare în rusia, canada şi Alaska sunt noii

milionari.

pe de o parte, din cauza schimbărilor climatice, temperatura tot mai

mare a pământului duce la condiții meteorologice extreme, perioade de secetă mai frecvente, lacuri în

scădere şi bazine hidrografice secate. pe de altă parte, consumul de apă al oamenilor, în special cei care locuiesc în oraşele mari, a crescut dramatic. În numeroase locuri, consumul de

apă creşte deja mai repede decât pot face față resursele disponibile de apă. este frapant faptul că, în ciuda datelor

îngrijorătoare, consumul de apă în medii de lux nu scade. de exemplu,

pentru irigarea terenurilor de golf este nevoie zilnic de o cantitate de apă

egală cu consumul zilnic a jumătate din populația pământului.

cele mai recente studii arată că în prezent

1 miliard de oameni suferă de sete

şi până în

2050apa de pe planetă va fi suficientă doar pentru jumătate din populaţia

globului.

&

dar de ce se diminuează resursele de apă disponibile?

t. Boone pickens, cel mai mare proprietar de apă din America, a investit

100 milioane $în achiziția de fântâni şi izvoare de apă. În viitor, acesta plănuieşte să vândă apă

potabilă în texas în valoare de

165 milioane $

Apa ca proprietate

Amprenta de apă (m3/an/cap de locuitor)consumul de apă este măsurat prin amprenta

de apă. Amprenta de apă a consumului național este definită ca volumul total de apă potabilă care este folosit pentru

producerea de bunuri şi servicii de către

locuitorii unei națiuni.

8

SFatputeţi economisi apă astfel:!

Biomimetism: imitarea vieții sălbatice

Animalele care trăiesc în habitate aride s-au adaptat la condițiile respective. de exemplu, există o insectă unică ce trăieşte în Africa şi care foloseşte micro-fibrele minuscule de pe partea

dorsală pentru a colecta în corpul său apa din vaporii prezenți în aerul dimineții. Această soluție inteligentă

a inspirat oamenii de ştiință, care lucrează deja la un recipient cu auto-umplere care funcționează pe baza

unui principiu similar: recipientul este acoperit cu un material nanotehnologic special care direcționează umiditatea

din aer în interiorul recipientului.

este nevoie de o rețea de conducte, canale şi stații de pompare gestionate de sistemul public de apă pentru a asigura zilnic o cantitate suficientă de apă la robinetele noastre. printre presiunile cererii se numără creşterea populației şi dietele intensive bazate pe apă, ca parte a tranziției populației spre comportamente caracterizate prin consumul tot mai mare de apă.

odată cu creşterea populației, un număr tot mai mare de oameni are nevoie de hrană. puțini oameni ştiu că recoltele şi creşterea de animale sunt responsabile pentru cea mai mare parte a consumului de apă: agricultura este responsabilă pentru 80% din consumul de apă la nivel global, ceea ce înseamnă că aceasta este zona în care este necesară o reducere semnificativă a consumului de apă.

din acest motiv, un număr de studii şi experimente inovatoare caută soluția pentru producerea de alimente folosind mai puțină apă. puteţi afla mai multe informaţii despre acest subiect în articolul nostru “cum putem avea mai multe alimente cu mai puţină apă”.

din cauza urbanizării rapide, furnizarea de apă în metropole a devenit tot mai problematică. Fără apă nu ar exista afaceri sau industrii locale. Stingerea incendiilor, parcurile municipale şi bazinele publice de înot, toate au nevoie de multă apă.

Apa este cheia vieții moderne

câtă apă este folosită pentru a produce mâncarea voastră preferată?

1 felie de pâine = 48 litri de apă

1 hamburger = 2,393 litri de apă

1 felie de brânză = 152 litri de apă

1 bucată de ciocolată = 1,720 litri de apă

1 măr = 82 litri de apă

1 ceaşcă de cafea = 132 litri de apă

1 felie de pizza = 1,216 litri de apă

1 kg carne de vită = 15,415 litri de apă

• Facețiundușînlocdebaieîncadă!Un duş care durează câteva minute consumă jumătate din cantitatea de apă necesară pentru a umple o cadă de baie.• Închidețirobinetulîntimpcevăspălațipe dinți,prevenindpierdereainutilăaapei!• Colectațiapădeploaiepentruudarea plantelor,nufolosițiapădelarobinet!• Instalaţiacasărobineteșidispozitivede economisireaapeiladuș!• Acasă,ceamaimareparteaapeise pierde la folosirea toaletei. Folosiți rezervoare eficiente, cu posibilitatea de dozareacantitățiideapăfolosite!• Nuspălațivaselesubjetdeapădela robinet, mai degrabă lăsați-le la înmuiat; totodată,suntmaiușordecurățat!

9

știați că

Astfel, omenirea a tot încercat să producă apă potabilă, lucru care poate fi realizat prin procesul de desalinizare. distilarea simplă a fost deja aplicată în secolul al 4-lea î.H., dar procesul complex de fierbere a apei de multiple ori şi condensarea vaporilor produşi în acest mod necesită foarte multă energie.

dezvoltatorii viitoarelor metropole sunt de acord că o metropolă modernă trebuie să recicleze apa pluvială în diferite moduri. probabil că Asia de Sud-est are cea mai îndelungată tradiție în utilizarea apei pluviale. Faimoasa clădire turn a Japoniei, tokyo Skytree – cu o înălțime de 634 metri, a doua clădire din lume ca înălțime – este dotată cu cisterne imense, aflate la nivele subterane, care pot depozita aproximativ 2.600 metri cubi de apă pluvială. Această soluție inteligentă înseamnă apă gratuită pentru răcirea imensei clădiri şi pentru aprovizionarea rezervoarelor din toalete.pe lângă aceasta, acoperişurile verzi de pe clădiri nu au doar un rol estetic. Majoritatea reprezintă soluții inovatoare de gestionare a apei pluviale care îmbunătățesc echilibrul energetic al clădirii, concomitent cu îmbunătățirea calității aerului şi ecologiei urbane. Acoperişurile verzi au capacitatea de a colecta şi recicla apa pluvială, în timp ce poluanții se acumulează în vegetația plantată. un sistem intensiv de acoperişuri verzi poate reține până la 75% din precipitații, reducând totodată infiltrațiile şi cantitatea de apă pluvială care ajunge în canalizare.

Membranele Multibore® ultrafiltration dezvoltate de o subsidiară a BASF din Germania s-au dovedit eficiente în multe stații de desalinizare. Membrana asigură o barieră solidă împotriva particulelor solide suspendate, bacteriilor, viruşilor şi altor microorganisme şi oferă constant un nivel ridicat de calitate a produsului filtrat, chiar şi în cazurile în care compoziția inițială a apei variază.

o formă mai economică de desalinizare se bazează pe osmoza inversă, în care apa de mare este trecută printr-o membrană semipermeabilă, la presiune mare, şi în acest proces apa este separată de sare. chimia joacă un rol crucial în eficientizarea acestei operațiuni.

este apa de mare salvarea omenirii?Mările şi oceanele sunt cele mai mari rezervoare de apă de pe pământ

potrivit previziunilor realizate de,Global water Intelligence (GwI),

în 202514%

din populația globului îşi va asigura necesarul de apă prin desalinizarea apei

de mare.

Astăzi, această cifră este de doar 1%.

În prezent, există 17,000 de stații de

desalinizare în 120 țări ale lumii, dar se preconizează că numărul lor

va creşte semnificativ.

Binecuvântare din cer

?• Înprezent,ceamaimarecantitatede apă pluvială este folosită în china şi Brazilia. În aceste țări, colectarea apei pluviale de pe acoperişuri este practicată pentru a furniza apă potabilă, apă pentru uz casnic, apă pentru animale, apă pentru sisteme mici de irigații şi ca alternativă pentru refacerea nivelului apei din pânză freatică.

10

Sisteme inovatoare de tratare a apeinu numai cantitatea scăzută, dar şi calitatea scăzută a apei cauzează probleme serioase.

Situația este deosebit de dramatică în oraşele din țările în curs de dezvoltare. În Buenos Aires, de exemplu, râurile sunt foarte poluate; în Kolkata, India, populația se luptă cu contaminarea cu substanțe fecale şi cu o concentrație ridicată de arsenic în apele subterane. Situația din china este, de asemenea, alarmantă: 90% din apele subterane din oraşe sunt contaminate.o mare provocare pentru ingineri este de a dezvolta procese care, pe de o parte oferă siguranţa că o cantitate cât mai mică de poluanți ajunge în apă, iar pe de altă parte, că apele deja poluate pot fi curățate eficient.compania chimică germană BASF, oferă o varietate de soluții pentru tratarea apei

în mai multe domenii. Zetag® cationic emulsion poate fi folosit pentru tratarea apei reziduale industriale şi pentru o gamă largă de aplicații de separare solid-lichid. Greutatea sa moleculară mare oferă performanțe tehnice deosebite care conduc la reducerea costurilor de tratare a apei uzate. lichidul cu acțiune rapidă este folosit în principal pentru purificarea apelor reziduale industriale în industria hârtiei, textilă şi de pielărie, precum şi în industria alimentară şi fabricile de bere.Membrana Multibore®, un produs al unei subsidiare a BASF, este adecvată pentru purificarea apei reziduale, în special pentru filtrarea acesteia. Apa este trecută prin nişte pori foarte mici, de ordinul a 20 nanometri, care sunt de trei mii de ori

mai mici decât grosimea unui fir de păr. Aceasta este o metodă care promovează sănătatea şi puritatea într-o lume de dimensiuni cu adevărat microscopice. după o astfel de filtrare se formează un lichid omogen. de asemenea, BASF a construit o membrană revoluţionară ce permite ultra-filtrarea într-un sistem portabil de purifi-care a apei, lifeStraw Family, care are ca-pacitatea de a purifica apa contaminată eliminând viruşii şi bacteriile. Astfel, se poate curăța chiar şi apa murdară din bălți, lacuri sau râuri. Începând cu 2008, sistemul a fost folosit de mai multe ori în zonele lovite de dezastre naturale, asigurând apă potabilă pentru oamenii afectați.

Aproximativ

2,5 miliarde de oameni suferă din cauza con-sumului de apă contaminată şi au probleme cu furnizarea zilnică de

apă curată.

La nivel mondial,

80%din apele uzate urbane este

eliberat direct în râuri, lacuri sau în mare, fără a fi tratate.

știați că ?• Așanumitele„mașinivii”suntfolosite şi pentru purificarea apelor uzate. În aceste sisteme, descompunerea poluanților este realizată nu numai de bacterii, ci şi de o comunitate ecologică de 2-3000 specii, inclusiv alge, melci, bivalve, crabi, plante şi peşti. Aceste organisme consumă substanțele poluante ca hrană şi le încorporează în propriul organism.

SFatSpălarea maşinii fără apă? !

• Pentruaspălaosingurămașinăseconsumă 200 litri de apă. totuşi, există deja alternativa spălării maşinii fără apă, prin folosirea de substanțe chimice uşoare sau cu abur. căutați aceste soluții ceeconomisescapaînactivitateavoastrăzilnică!

11

chimia apeiApa este un material foarte versatil

Apa un solvent excelent, majoritatea proceselor impor-tante ale vieții având loc în soluții apoase şi, de aseme-nea, este un reactant frecvent. Sub multe aspecte, apa se comportă diferit: de exemplu, densitatea maximă a apei se produce la aproximativ 4 grade celsius, de aceea ghețarii plutesc pe suprafața apei şi de aceea apa din natură îngheață de sus în jos. o altă caracteristică specială este vâscozitatea, sau fricțiunea internă, care nu se modifică liniar cu presiunea: mai întâi scade, iar apoi creşte. Vâscozitatea apei este relativ mare şi se reduce semnificativ atunci când creşte temperatura.

SFatSpălarea maşinii fără apă?

știați că ?unde este mai uşor să înotăm? Apa rece este mai vâscoasă, astfel că este mai greu să ne mişcăm în ea, totuşi, este mai uşor să plutim pe suprafața ei datorită densității mai mari.

o altă caracteristică unică a apei este faptul că, datorită tensiunii mari, de suprafață, picăturile de apă sunt sferice.

Apa are capacitatea de a absorbi, depozita şi elimina cantități mari de căldură. Această proprietate este folosită

şi în industrie, dar totodată este importantă în natură datorită rolului său în compensarea climatică.

din perspectivă chimică, apa distilată este forma pură a apeişi nu conţine substanţe dizolvate sau oligoelemente pe care componentele naturale ale apelor minerale le conțin. consumul de apă deionizată (sau apă cu conținut redus de ioni) în cantități mari nu este sănătos, deoarece ionii esențiali sunt eliminați din corp.

•

12

Aer curat – prin metode ştiințifice una dintre cele mai grave consecințe ale nivelului crescut de urbanizare este poluarea aerului, care a devenit cu adevărat îngrijorătoare în ultimele decenii. cercetătorii lucrează la o varietate de metode pentru a face aerul suficient de curat pentru oamenii care locuiesc în mediul urban, şi, astfel, să sprijine dezvoltarea durabilă a metropolelor în continuă extindere.

Majoritatea activităților umane presupun consumul de energie şi, în consecință, poluarea aerului: centralele energetice, producția industrială, agricultura, încălzirea caselor şi transportul, toate emit substanțe dăunătoare în aer, lucru care are influență nu numai asupra sănătății oamenilor, ci şi asupra atmosferei planetei noastre. Aşa numitele gaze cu efect de seră, cum sunt dioxidul de carbon (co2) şi met-anul (cH4) creează un fel de strat în jurul pământului care reține căldura: căldura razelor soarelui ce se reflectă nu poate părăsi în totalitate atmos-fera, ceea ce duce la încălzire şi la o schimbare a climei la nivel global. dioxidul de carbon este prezent în atmosfera pământului în concentrație constantă. cantitatea de dioxid de carbon din aer este menținută printr-un echilibru de foarte mult timp, deşi întotdeauna s-au produs fluctuații. din cauza activității umane, acest echilibru s-a modificat de la începutul secolului trecut, iar cercetătorii susțin că acum dioxidul de carbon este foarte aproape de limită, dincolo de care nu mai există cale de întoarcere.

procesarea dioxidului de carbon din aer este responsabilitatea plant-elor: acestea îl folosesc ca hrană şi îl transformă în oxigen, care este de importanță vitală pentru supraviețuirea celorlalte ființe vii, inclusiv a oamenilor. totuşi, prob-lema este că stratul de vegetație a pământului se restrânge în permanență: 7 milioane de hec-tare se defrişează zilnic din cauza extinderii oraşelor şi pentru producția de lemn. Acest lucru contribuie, de asemenea, la dezechilibru.

În afară de impactul asupra mediu-lui, poluarea aerului este extrem de nocivă şi pentru sănătatea oame-nilor. de asemenea, o serie de alte materii periculoase pătrund în aer, de exemplu de la gazele de eşapament, provocând îmbolnăviri. de exemplu, dacă există o concentrație ridicată de oxizi de azot în aer (monoxid de azot (no) şi dioxid de azot (no2) în aer), ca rezultat al luminii soarelui, se produce ozon, care, împreună cu hidrocarburi şi particule, duce la for-marea smogului de tip “los Angeles” deasupra oraşelor. potrivit estimărilor oMS, organizația Mondială a Sănătății, 700,000 de oameni mor anual din cauza efectelor poluării aerului.

SMoGul plAneAZĂ În perMAnențĂ peSte orAșe

știați că?deşi pădurile tropicale sunt denumite “plămânii pământului” cea mai mare cantitate de oxigen este produsă de plancton şi algele care trăiesc în oceane. Astfel, poluarea apei are un impact semnificativ asupra calității aerului.

•

știați că?Bovinele sunt, de asemenea, responsabile pentru încălzirea globală: metanul este generat în cantități mari în timpul diges-tiei animalelor rumegătoare, precum şi prin descompunerea resturilor vegetale şi excremen-telor animale. producerea unui kilogram de carne de vită adau-gă 33 kg de dioxid de carbon la volumul total al gazelor cu efect de seră – cantitate egală cu po-luarea aerului de către o maşină europeană medie care străbate o distanță de 250 km.

•

13

Harta globală a amprentei ecologice arată clar că poluarea aerului este mai mare în zonele dens populate. Sursa: http://environment.nationalgeographic.com/environment/energy/great-energy-challenge/global-footprints/

cea mai mare provocare este reducerea cantității de dioxid de carbon, care este posibilă în două moduri. pe de o parte, putem reduce semnificativ emisia. deocamdată, această variantă nu pare a fi viabilă: deşi s-au luat măsuri sem-nificative pentru reducerea utilizării energiei fosile şi pentru creşterea gradului de utilizare a energiilor alternative, acestea nu sunt suficiente pentru a aduce schimbări substanțiale în nivelele de poluare atmosferică în câțiva ani. cealaltă soluție este găsirea unei modalități de a folosi dioxidul de carbon pentru un anumit scop, extrăgându-l din aer. Mii de oameni de ştiință lucrează deja la aceste soluții – acum cu rezultate promițătoare.

Fapte şi date

50% - jumătate din omenire este expusă la un nivel periculos de poluare a aerului în fiecare zi

14

ÎMBlânZIreA InAMIculuI

dIoxIdul de cArBon cA SAlVAtor Al enerGIeI VerZI

există diferite încercări de a utiliza dioxidul de carbon, de la procese la scară mică, la soluții industriale la scară mare. puțini oameni cunosc faptul că industria chimică procesează deja o cantitate semnificativă de co2. Acest lucru înseamnă că dioxidul de carbon generat în producția industrială, în special prin ardere sau reacții chimice, nu este eliberat în aer, ci este folosit în diferite scopuri, după curățare. dioxidul de carbon produs în astfel de procese este folosit pentru producția de apă minerală, dar şi în ambalarea în atmosferă modificată, fabricarea maselor plastice, ca material de bază pentru fertilizatorii artificiali, şi chiar în medicină.

deşi în primă instanță poate părea ciudat, co2, care este con-siderat dăunător, poate juca un rol important în îmbunătățirea eficienței energiilor regenerabile. În prezent, sursele regenera-bile produc uneori mai multă energie decât poate fi introdusă în rețea la un moment dat. depozitarea surplusului de energie generate astfel este foarte costisitor şi, uneori, imposibil. un proces chimic inovator, numit sistemul „power-to-gas” (p2G), în care unul din elementele cheie este chiar dioxidul de carbon

cu efect de seră, poate rezolva această problemă. prin procese fizice şi chimice, surplusul de energie poate fi transformat în gaz natural (metan) printr-un proces cu două etape, folosind co2 ca reactant. În prima etapă, energia verde în exces este folosită ca sursă de alimentare pentru a transforma apa (H2o) în hidrogen (H2) şi oxigen (o2). Apoi, hidrogenul reacționează cu co2 pentru a forma gazul metan (cH4).

Fapte şi date

după cum este cunoscut, metanul (principalul component al gazului de cărbune) este un bun depozit de energie care poate fi transferat uşor în rețeaua de gaz natural exsitentă şi poate fi folosit când este nevoie. Astfel, această metodă poate fi o modalitate economică de a stoca energia regenerabilă.

30 miliarde -la nivel mondial peste 30 miliarde tone de co2 sunt produse de oameni în fiecare an.

co2 + 4H2 cH4 + 2H2o

15

IMItând nAturA: FrunZA ArtIFIcIAlĂ

AFAcerI Bune: FoloSIreA dIoxI-duluI de cArBon pentru A produ-ce coMBuStIBIl

dIoxIdul de cAr-Bon cA MAterIe prIMĂ pentru GA-Zul de SInteZĂ (SInGAZ)

dioxidul de carbon poate fi folosit pentru a produce metanol, care poate fi folosit ca şi combustibil, prin aşa numita metodă a carbonului neutru. o companie islandeză a deschis prima fabrică în care se produce metanol din co2 folosind energia geotermală de la izvoarele cu apă caldă ca sursă naturală de energie. compania îşi propune să producă anual până la 50 milioane litri din acest tip de alcool, din dioxid de car-bon. Acesta poate fi folosit, de exemplu, pentru a crea energie în pilele de combustie sau poate fi încorporat ca şi aditiv în benzină.

există, de asemenea, şi alte soluții pentru utilizarea dioxidului de carbon ca şi combustibil. trei companii germane, BASF, linde şi thyssenKrupp, au început recent un proiect pentru producerea gazului de sinteză din dioxid de carbon şi hidrogen, printr-un proces inovator în două etape. În prima fază, o nouă tehnolo-gie cu temperatură înaltă va procesa gazul natural obținut din hidrogen şi carbon. În comparație cu alte procese, această tehnologie produce foarte puțin co2. Apoi, hidrogenul reacționează cu cantități mari de co2 (provenite din alte procese industriale) pentru a crea ga-zul de sinteză. Acest gaz este o materie primă esențială pentru industria chimică şi, totodată, este adecvat pentru producția de combustibili.

un tânăr om de ştiință pe nume Julian Melchiorri a realizat o invenție uimitoare pentru neutralizarea dioxidului de carbon: folosind mătasea, o proteină specială şi o substanță ce poate fi găsită în alge, acesta a creat frunza artificială, care fotosintetizează asemenea plantelor reale. Având nevoie doar de lumină, invenția începe prin a transforma dioxidul de carbon din aer în oxigen. Frunza artificială are un aspect modern şi plăcut şi astfel poate fi folosită pentru a acoperi pereții exteriori şi interiori ai clădirilor, continuând în acest fel să reducă emisia de dioxid de

carbon a oraşelor. Adecvată utilizării pe timp lung în spațiu, frunza artificială poate juca un rol important şi în cercetarea spațială, deoarece oamenii de ştiință nu ştiu dacă plantele organice ar supraviețui şi s-ar dezvolta în afara atmosferei noastre aşa cum oamenii ar avea nevoie, iar dacă omenirea colonizează spațiul, cei care ar trăi pe o altă planetă ar avea nevoie să îşi producă propriul oxigen. din acest motiv, chiar şi nASA a manifestat interes pentru această invenție.

Sursa: Society for chemical engineering and Biotechnology (decHeMA)

110 milioane -din totalul emisiilor de co2 la nivel global, aproximativ 110 milioane tone sunt folosite în prezentca materii prime chimice.

pot

rivit

celo

r m

ai re

cent

e re

zulta

te ş

tiinț

ifice

, rec

icla

rea

carb

onul

ui a

r re

duce

nu

num

ai n

ivel

ul d

e po

luar

e al

aer

ului

, dar

ar

pute

a ch

iar

să

solu

țione

ze c

riza

surs

elor

de

ener

gie

– în

trei

mod

uri p

osib

ile.

16

curățarea aerului la scară largăAu fost create soluții tehnice unice pentru curățarea dedicată a aerului din oraşele mari. Aceste soluții pot contracara nu numai impactul dioxidului de carbon, ci şi al gazelor otrăvitoare.

de exemplu, un inventator german, Götz Hüsken, a venit cu idea ca suprafețele drumurilor să fie acoperite cu dioxid de titan care, printr-o reacție fotocatalitică – efect al razelor uV ale soarelui – ar descompune dioxidul de azot care poluează aerul. prin aplicarea acestei soluții, nivelul oxidului de azot din aer poate fi redus cu până la 45%.

Invenția olandezului daan roosegaarde, ar putea efectiv să „aspire” poluanții din atmosfera oraşelor. Acesta plănuieşte să realizeze o serie de parcuri care ascund rețele cu bobine

de cupru care, la fel ca purificatoarele pentru aer, folosesc suprafețe încărcate static pozitiv pentru a aspira particulele de carbon din atmosferă. odată cu lansarea proiectului pilot spre sfârşitul acestui an, se preconizează crearea unor zone de aer curat cu diametrul de 40 m, cu o poluare redusă cu aproximativ 75%. Inventatorul are planuri chiar şi pentru depunerile de carbon colectate: procesarea unei părți din acestea în diamante artificiale, un truc chimic aproape la fel de impresionant ca şi aspirarea smogului. dacă planul are succes, Beijing şi-ar putea atinge obiectivul de a elimina smogul până în 2017.

17

În acest scop au fost create mai multe componente de maşină, inclusiv convertoarele catalitice adecvate pentru mediu dezvoltate de BASF şi care sunt utilizate cu succes în prezent de sute de mii de maşini. În filtrul instalat în sistemul de evacuare al maşinilor are loc o reacție chimică în mai multe etape, în timpul funcționării. În cadrul acestui proces, cele trei componente cheie ale sistemului de evacuare (hidrocarbură, monoxid de carbon şi dioxid de azot) sunt convertite complet în dioxid de carbon, azot şi apă.

de asemenea, bine-cunoscuta companie

din industria chimică BASF dezvoltă convertoare catalitice pentru maşini şi motociclete cu motoare diesel, contribuind astfel la atingerea unor nivele de emisie foarte reduse. cea mai recentă soluție de reducere a poluării aerului este stratul catalitic patentat premAir®, care transformă ozonul de la nivelul solului, principalul component al smogului, în oxigen. Atunci când aerul trece prin radiatorul tratat al unui vehicul, premAir® catalizează reacția care converteşte ozonul în oxigen. Acest proces profită de volumul mare de aer care trece prin radiatorul unui vehicul.

totodată, poluarea aerului de către vehicule este redusă semnificativ dacă trecem de la combustibil de origine fosilă la combustibili alternativi. În prezent, maşinile electrice şi hibride sunt principalele alternative la vehiculele cu motoare tradiționale – dar cercetătorii au construit şi vehicule propulsate cu apă (mai precis: hidrogen din descompunerea apei) sau aer comprimat. pentru mai multe informații despre viitorul transportului, citiți articolul nostru intitulat „noi perspective în transport”.

VeHIcule Moderne = Aer MAI curAt

Având în vedere că transportul este responsabil pentru 30% din poluarea aerului, calitatea aerului

poate, de asemenea, să fie îmbunătățită prin reducerea

emisiilor maşinilor.

18

“cHIMIA AeruluI”

Aerul este un sistem mult mai complicat decât credem: principalele sale elemente componente sunt azot (78%) şi oxigen (21%), dar conține şi câteva concentrații fixe şi variabile de componente gazoase dintr-o varietate de surse naturale şi artificiale. de exemplu, dioxidul de sulf (So2) poate proveni din activitatea vulcanică, gazele de eşapament, dar şi din arderea cărbunelui. cea din urmă cauzează întotdeauna concentrații mai mari de dioxid de sulf în timpul iernii, ceea ce duce la un număr ridicat de crize de astm.

Întotdeauna, aerul conține vapori de apă şi picături de apă în care se dizolvă gazele menționate mai sus, ceea de cauzează

depuneri acide, dar este posibilă şi o varietate de alte reacții pentru gazele solubile.

În regiunile mai reci, în aer sunt prezente şi mici cristale de gheață. Suprafața cristalelor de gheață este un catalizator foarte bun care favorizează descompunerea ozonului.

printre alte materii solide, particulele (care nu se depun) sunt cele mai periculoase pentru sănătatea umană, în special pM2,5, adică particule cu diametru mai mic de 2.5 microni. Acestea pătrund în plămâni şi transferă metalele şi substanțele contaminante organice ataşate pe suprafața corpului lor.

+ +N(78%) (21%)

SO 2O2

19

20

oraşele moderne ale viitorului creşterea bruscă a populației globale a dus la creşterea numărului şi suprafeței oraşelor. calculele arată că până în 2050, 75% din populaţia mondială va trăi în metropole imense. Acest proces predictibil a inițiat discuții între oamenii de ştiință privind oraşele locuibile. cercetătorii dezvoltă noi tehnologii care ne vor ajuta să trăim în medii urbane inovatoare şi sustenabile în viitor, dar care satisfac totodată şi nevoile sociale.

orAșele dIntr-o perSpectIVĂ nouĂ

Avem tendința să credem că fabricile şi unitățile industriale sunt responsabile pentru poluarea mediului şi nevoile energetice în creştere, dar nu este aşa: marile oraşe sunt cele responsabile. poate este de necrezut, dar oraşele mari au nevoie de două trei-mi din consumul total de energie la nivel mondial. În prezent, cel mai populat oraş din lume este tokyo, unde locuiesc aproape 13 milioane de persoane, ceea ce reprezintă 10% din populația Japoniei. Acum datele de mai sus nu ne mai surprind, nu-i aşa? principalele întrebări ale cercetătorilor sunt ce inovații ne-ar putea ajuta să reducem consumul de energie în aceste oraşe mari şi ce metodă ar putea fi folosită pentru a face mai locuibile aceste locuri foarte aglomerate.

Multe soluții se găsesc în clădiri. până în prezent, zgârie-norii

extrem de înalţi au reprezentat doar un spectacol arhitectural şi au fost admiraţi doar pentru înălțimea lor, dar noile generații de clădiri sunt diferite. de exemplu, giganticul zgârie-nori din lon-dra numit “the Shard” (ciobul) nu este doar o clădire comercială şi de birouri care funcționează numai în timpul zilei, ci este un „oraş vertical”: în interior există apartamente, restaurante şi chiar un hotel. cea mai înaltă clădire din lume, Burj Khalifa din dubai cu o înălțime de 828 m, oferă chiar mai mult: apartamente, piețe, parcuri, restaurante, hoteluri şi magazine, toate în aceeaşi clădire. toate formele de socializare se regăsesc într-o singură clădire, astfel că dacă doriți să ieşiți la o cafea, nu trebuie să traversați strada pentru a ajunge la o cafenea: trebuie doar să luați liftul pentru a ajunge la un alt etaj.

În prezent, cel mai populat oraș din lume este Tokyo, unde locuiesc aproape

13 milioanede persoane, ceea ce

reprezintă10%din populația Japoniei

21

MASdAr cItycel mai ecologic eco-oraş din lume este construit în emiratele Arabe. Acesta va consuma un sfert din cantităţile de apă şi energie consumate de un oraş de aceeaşi mărime. 2 miliarde tone de țiței vor fi economisite în 25 ani. cum este posibil? potrivit planurilor, deasupra oraşului se va afla un panou solar asemănător cu o umbrelă care va produce energie pe timpul zilei şi se va închide în timpul nopții. unitatea va ajuta la economisirea a aproximativ 175.000 tone de co2 pe an. În afară de proiectele de energie solară, Masdar dezvoltă de asemenea, unul dintre cele mai mari parcuri eoliene din lume situat în largul mării. de exemplu, materialele cu schimbare de fază integrate în tencuială şi plăcile de gips-carton, sau polistirenul şi poliuretanul folosit pentru stratul izolator pot oferi o alternativă la aerul condiționat. În plus, pigmenții de culoare neagră folosiți pentru membranele aplicate pe acoperişuri absorb numai o mică parte din razele infraroşii, prevenind astfel încălzirea suprafețelor de culoare închisă. pe lângă economisirea energiei, deşeurile sunt sortate şi reciclate, iar deşeurile organice sunt folosite pentru compost. oraşul implementează şi concepte ecologice de transport. până la finalizarea lui în 2025, se preconizează că oraşul va avea 40.000 rezidenți şi 50.000 de navetişti.

Inginerii nu proiectează doar clădiri inovatoare, dar şi proiecte de mărimea unui oraş. În coreea de Sud, Songdo International Business Zone este construit pe o suprafață de 610 acri, şi urmează să reprezinte oraşul cel mai avansat tehnologic şi cel mai ecologic din lume, cu clădiri rezidențiale, şcoli, spitale, clădiri de birouri şi facilități culturale. practic, acesta este primul oraş informatizat în totalitate, în care totul, de la cumpărarea alimentelor la vizitele medicale, poate fi făcut de la distanță, printr-un calculator conectat la rețea. oraşul va include o zonă verde ce va reprezenta 40% din suprafaţa sa, şi o atenție deosebită va fi acordată traficului pietonal şi pistelor de biciclete. pe lângă aspectele estetice, parcurile vor preveni formarea de insule de căldură urbane: când temperatura este ridicată din cauza clădirilor şi duce la deteriorarea calității aerului. Întregul oraş este construit pe baza principiilor ecologice care includ acoperişuri cu vegetație pentru a preveni infiltrarea apei pluviale şi pentru a promova diversitatea, semafoare eficiente energetic cu led-uri, şi chiar un sistem colector subteran al deşeurilor care va elimina nevoia de camioane de gunoi. planificarea inteligentă a oraşului asigură menținerea unor distanțe scurte şi dezvoltarea unui sistem sofisticat de reciclare şi a unui sistem de transport local ecologic. Apa de mare desalinizată şi apa reciclată sunt introduse în sistemul de aprovizionare cu apă, acoperind jumătate din nevoile de apă ale oraşului. Alte oraşe ecologice similare sunt deja în curs de dezvoltare în china şi India.

World trade Center

Unul dintre cei mai mari

zgârie-nori din America, dar și

din lume, are o înălțime de

541 metri și a fost finalizată în

2013 în New York.

Folosind tehnologia verde

de la BASF, s-a construit o

structură solidă și durabilă.

Prin folosirea betonului

Green Sense s-au economisit

peste 113.500 litri de apă potabilă,

suficient pentru a umple

6,000 de căzi de baie.

Cu această nouă tehnologie

se pot economisi 8 milioane

kWh, ceea ce înseamnă

aproape 340.000 kg de

combustibili fosili, și se poate

preveni emisia a peste 5

milioane kg de emisii CO2.

În afară de cartierele de lux, proiectanţii iau în considerare și cartierele sărace fără electricitate și apă potabilă care sunt foarte expuse la efectele forțelor naturii. Inovațiile fac posibile construcțiile rapide și ieftine, în timp ce structurile stabile și flexibile permit crearea de cămine sigure pentru oameni. De exemplu, în Mexico City, au fost construite 10.000 de case noi folosind aditivii BASF pentru beton, care au redus considerabil timpul necesar pentru întărirea betonului, ceea ce a condus la o construcție mai ieftină.

22

terrAForMInG – SĂ ne MutĂM PeoAltăPlANetă!

conStrucțIIle VIItoruluI

omenirea este conştientă de faptul că vom suprapopula pământul, astfel că a început să caute alte locuri de viață pe alte planete. până acum, termenul “terraforming” s-a întâlnit în special în filmele ştiințifico-fantastice, dar este posibil ca omenirea să modifice atmosfera, temperatura şi topografia planetelor în viitor, folosind invențiile ştiinței şi tehnicii pentru a le face locuibile pentru oameni. dintre planetele cunoscute în prezent, Marte pare a fi cea mai apropiată din acest punct de vedere, în ciuda faptului că temperatura medie este -60 grade

şi lumina este mai redusă. În primul rând, ar trebui ridicată temperatura, ceea ce ar duce la topirea gheții şi la eliberarea dioxidului de carbon stocat în sol. oglinzile plasate pe orbită în jurul planetei Marte ar putea mări şi mai mult efectul de seră. după aceasta, s-ar planta plante care produc oxigen.

ca urmare a creşterii conştiinţei publice privind mediul înconjurător şi energia, soluțiile arhitecturale inovatoare devin tot mai importante, având în vedere că principalul motiv al poluării aerului din oraşele mari cu milioane de locuitori este emisia de substanțe nocive rezultate din consumul energetic al gospodăriilor. pentru rezolvarea acestei probleme, au apărut aşa numitele case pasive, care au devenit tot mai frecvente. Aceste clădiri sunt speciale pentru că au fost construite din materiale ecologice folosind tehnologii ecologice, care contribuie la economisirea unor cantități semnificative de energie, şi în acelaşi timp permit reducerea poluării mediului. Acest proces este realizat cel mai bine prin reducerea sau eliminarea totală a sistemului de încălzire, în acest scop folosindu-se materiale izolatoare moderne. Spuma izolatoare neopor de la BASF este unul din aceste materiale: este diferită de alte materiale

pentru izolare deoarece particulele de grafit sunt amestecate şi pulverizate pe materialul brut de polistiren care reflectă radiațiile de căldură. este important să nu conțină hidrocarburi halogenate, fiind astfel mai ecologic. Materialele izolatoare fabricate din acest material sunt cu 20% mai eficiente decât alte materiale izolatoare. În ceea ce priveşte căldura care se pierde prin ferestre, a fost dezvoltat un sistem de tâmplărie din plastic special cu geam triplu stratificat care oferă o izolare cu 20% mai bună, dacă folia de acoperire cu pigmenți speciali BASF este lipită pe sticlă. pe lângă izolarea termică, metoda de folosire a căldurii este, de asemenea, importantă. dacă ați văzut vreodată o astfel de clădire, probabil ați observat panourile solare poziționate pe acoperiş; dar pe lângă utilizarea energiei solare, sistemul de încălzire foloseşte şi energia solului.

23

peretele de depoZItAre A enerGIeI terMIce

pare incredibil, dar BASF a găsit soluția şi la această problemă!Îninteriorulpereteluidegips-cartonexistăunmaterial cu schimbare de fază care absoarbe căldura din timpul zilei şi o eliberează în timpul nopții. cum este posibil? Micro-capsulele de parafina încorporate preiau căldura şi o eliberează mai târziu. Materialul se topeşte la 23-26 grade şi datorită schimbării de fază absoarbe o cantitate semnificativă de căldură din mediu. Astfel, temperatura camerei rămâne neschimbată. Mai târziu, în timpul nopții, - datorită scăderii temperaturii – parafina se solidifică şi eliberează energia termică stocată în mediul înconjurător.

evoluţia nu se opreşte niciodată: potrivit ultimelor cercetări, materialele izolatoare ultramoderne vor putea transforma chiar şi undele sonore în căldură. pe lângă materialele de construcție inovatoare, dezvoltatorii au luat în considerare şi aspectul clădirilor. cu ajutorul nanotehnologiei, aceştia au inventat un strat protector special care previne lipirea particulelor de suprafață, astfel că nici un fel de particule nu se depun pe exteriorul clădirilor. Vopseaua BASF pentru pereţi are proprietăți hidrofile, ceea ce înseamnă că absoarbe apa. ca rezultat, în cazul unei ploi torențiale, picăturile se răspândesc pe suprafața peretelui

şi spală imediat mizeria aderentă. după ploaie, stratul subțire de apă se evaporă rapid, prevenind formarea mucegaiului şi a algelor. datorită nanotehnologiei, în viitor nu vom mai avea nevoie de jaluzele pentru geamuri, deoarece este inventată sticla tot mai inteligentă, care transmite lumina, dar nu şi căldura. În cadrul unor experimente, s-a introdus un gel special între două geamuri de sticlă şi s-au amestecat diferiți compuşi în materialul sticlei, precum halogenura de argint, care se închid la culoare în funcție de intensitatea luminii, dar în acest caz căldura este transmisă totuşi prin sticlă. cercetarea este într-o fază atât

de avansată, încât a fost dezvoltată o structură de sticlă îmbogățită cu oxid de niobiu, în care au fost adăugate nanocristale de oxid de indiu şi staniu. Această combinație poate separa şi regla disiparea luminii vizibile şi a căldurii în infraroşu. Astfel, în timpul verii împiedică razele infraroşii, care emit căldură, să intre în cameră prin geam, dar în timpul iernii acestea pot intra. Astfel, se poate reduce semnificativ consumul de energie. până în acest moment, producerea acestei tehnologii este foarte costisitoare, dar este posibil ca în viitor să devină realizabilă.

24

știați că ?Biomimetismul este o fuziune între biologie și inginerie. Obiectivul principal este copierea invențiilor naturii prin observarea structurilor și mecanismelor organismelor. Arhitecții studiază intens strategia de construcție a termitelor, deoarece aceste creaturi minuscule reușesc să construiască movile cu coșuri de răcire și încălzire care se închid și se deschid, în care pot să își cultive principala hrană, o ciupercă, ce este extrem de sensibilă la temperatură. Copiind acest concept, costurile energetice ale clădirilor ar putea fi reduse semnificativ.

•

Atunci când se proiectează o clădire nouă, inginerii iau tot mai mult în considerare numărul mare de cutremure şi au dezvoltat tehnologii diverse de protecţie în caz de cutremure. realizarea unor pereți rezistenți la vibrații este crucială, lucru ce poate fi realizat prin instalarea de grinzi şi stâlpi flexibili din lemn şi oțel.În afară de aceasta, o structură de oțel încorporată în baza casei asigură absorbția vibrațiilor pământului. casele uşoare şi casele realizate din oțel nu se prăbuşesc la fel ca cele din cărămidă.

25

Beton IntelIGent

după apă, betonul este cel mai folosit material din lume, astfel că dezvoltarea lui a fost importantă pentru BASF. Aditivii şi materialele de repare au uşurat producerea betonului, care a devenit mai rezistent, ceea ce înseamnă că se poate reduce consumul de resurse şi energie. totodată, acesta a crescut şi durata de viață a clădirilor şi a redus perioada de construcție.

26

MoBIlIer Într-o AltĂ perSpectIVĂ

Reciclarea hârtiei este evidentă în întreaga lume, gândiți-vă doar că pentru a produce

de hârtiesunt necesare

1 tonă 300 tonede apă

putem întâlni deja cărți, ziare şi chiar hârtie igienică produse din hârtie reciclată. Ideea a fost reluată de ingineri şi în magazine a apărut mobilierul din hârtie. poate că sună incredibil, dar este mai rezistent decât credeți. ca să nu mai menționăm că transportul acestui mobilier uşor necesită mai puțină energie şi poate fi refolosit după ce este aruncat. Având în vedere că componentele pot fi asamblate prin lipire şi îndoire, oricine poate face acest lucru cu uşurință la domiciliu.

dezvoltatorii BASF au reconsiderat mobilierul de lemn din perspectiva protecției mediului înconjurător. Aceştia au dezvoltat materialul pe bază de lemn

Kaurit@light care face ca plăcile de lemn să fie cu 30% mai uşoare, în timp ce capacitatea de încărcare rămâne la fel. producătorii preferă noile panouri stratificate din polimer expandat şi adeziv Kaurit@, deoarece sunt mai uşoare, ceea ce înseamnă costuri de transport şi manipulare mai mici şi mai puțin ambalaj.

În gospodăriile viitoare, plasticul va avea un rol tot mai mare. Materialele realizate de om sunt prezente în toate activitățile şi aspectele vieții noastre de zi cu zi. producătorii de mobilier agreează acest material deoarece, datorită tehnologiei, acesta a trecut, de asemenea, prin transformări inovatoare. BASF a dezvoltat un plastic „ultra” lichid care, datorită unor

nanoparticule specifice, devine de două ori mai diluat la 230 grade, decât orice alt produs similar. În acest fel, se poate economisi energie în timpul producției. Mai mult, în timpul modelării, noul plastic se solidifică rapid, scurtând procesul de producție. Scaunul premiat Myto este fabricat din acest material şi, în plus, a fost modelat dintr-o singură bucată de plastic, ceea ce înseamnă că nu conține şuruburi metalice. Astfel, inginerii au creat un mobilier cu adevărat ecologic, uşor de reciclat, rezistent, cu o formă neobişnuită.

27

MAterIAle Auto-reGenerAtoAre

Materialul uşor, rigid, numit titan, este format în urma condensării paraformaldehidei şi a oxidianilinei la 250 grade. celălalt tip, Hydro, este un gel foarte elastic, produs la temperatură joasă. Ambele sunt reciclabile şi rezistente la solvenți, dar în mediu acid devin plastice şi pot fi remodelate. nu se crapă, de aceea pot revoluționa producția de avioane şi maşini, ca şi întreaga industrie electronică. prin remodelarea acestor materiale, pot fi create noi structuri de polimeri, care sunt cu 50% mai rezistente şi mai uşoare.

două noi tipuri de polimeri au fost create de oamenii de ştiință din cadrul departamentului pentru polimeri sintetici. Aceştia sunt extrem de rezistenți, au proprietăți de auto-regenerare şi pot fi chiar reciclați.

28

nu rISIpIțI gUNoIUl!

prin inițiative de dezvoltare urbană inovatoare, oamenii de ştiință încearcă să facă totul pentru a crea un mediu de viața sustenabil, dar eforturile lor sunt inutile dacă oamenii nu sunt capabili să îşi schimbe stilul de viață. oamenii, în special locuitorii marilor oraşe, au un stil de viață risipitor: folosesc prea multă energie şi apă, produc o mulțime de bunuri inutile care duc la o ofertă excedentară şi, în acest fel, produc foarte mult gunoi. din fericire, există o speranță, deoarece „produsele secundare”, de fapt gunoiul pe care îl generăm, poate fi reciclat în moduri surprinzătoare, trebuie doar să fim creativi. totodată, au apărut inovații de înaltă tehnologie în domeniul gestionării deşeurilor şi a instalațiilor centrale de tratare a deşeurilor, şi a început deja modernizarea mijloacelor folosite pentru transportul şi procesarea acestora.

În uniunea europeană se produc anual 1,3 miliarde tone de deşeuri. cunoscând acest lucru, este esențial să dezvoltăm

şi să introducem tehnologii noi şi inovatoare pentru a produce mai puține deşeuri, dar şi pentru a recicla, ceea ce înseamnă că aceste materiale sunt transformate din nou în produse noi, materii prime sau energie. procesul urmăreşte să economisească resursele pământului şi să utilizeze mai puțin lemn, apă sau energie. pentru aceasta, a fost dezvoltată o strategie de gestionare a deşeurilor, la care au fost asociate 3principiicheie.Săvedemceînseamnăacestlucru!Primasarcină este reducerea cantității de deşeuri şi evitarea producerii lor, dacă este posibil. următoarea este refolosirea materialelor în forma lor originală sau într-un alt mod. A treia este reciclarea, ceea ce înseamnă că materialul este folosit din nou sub o altă formă. toate acestea sunt opțiuni benefice şi ecologice şi, dacă oamenii le acordă atenție, putem face un imens pas înainte pentru a preveni problemele. și voi puteți contribui la aceasta zilnic!Colectareaselectivăarelocdejaînmultegospodării,darnu toată lumea ia în serios această sarcină.

În Uniunea Europeană se produc anual

tone de deșeuri.

1,3 miliarde

știați că ?Prin comprimarea sticlelor de plastic:costuri de transport 75% -cantitatea eliberată de Co2 50-90%pot fi reduse datorită necesităţilor mai reduse de transport. O parte a acestora poate fi refolosită de industria textilă ca materii prime pentru haine(de exemplu, ca lână).

•

colectarea selectivă are loc deja în multe gospodării, dar nu toată lumea ia în serios această sarcină.

29

colectarea selectivă este mult mai eficientă decât colectarea tradițională a deşeurilor, deoarece este posibilă tratarea, reciclarea şi recuperarea ulterioară a materiilor prime din deşeuri. de asemenea, reduce cantitatea de deşeuri care este deversată în gropi de gunoi, prelungindu-se durata de viață a acestora. următoarele materiale sunt colectate selectiv: plastic, sticlă, metal şi hârtie. trebuie să reținem că dispozitivele electronice uzate pot conține substanțe periculoase (plumb, mercur, crom) care pot polua apa sau aerul şi pot cauza alte probleme. Gestionarea ecologică a deşeurilor include, de asemenea, compostarea, eliminarea şi, o metodă mai puțin agreată, incinerarea deşeurilor. deşeurile vegetale organice se descompun singure în mediul înconjurător, dar pot fi folosite ca şi compost. pentru uşurarea acestui proces, BASF a creat un sac de gunoi compostabil. dar cum se descompune acest sac? Soluția se află în compoziția acestui material. unul din componente este plasticul

compostabil pe bază de petrol dezvoltat de BASF, celălalt este acidul polilactic, care este extras din amidonul de porumb. Această combinație formează un plastic flexibil din care se pot produce saci de gunoi. În condiții controlate, precum temperatură şi umiditate ridicate, şi o anumită valoare a acidității instalațiilor de compostare industriale, microorganismele, ciupercile şi bacteriile transformă materiile în deşeuri biologice, apă, dioxid de carbon şi biomasă, adică în compost valoros. Acest plastic nu are doar rolul de compost, ci este adecvat şi pentru producerea biogazului. Biogazul este format atunci când materiile organice sunt descompuse de bacteriile anaerobe care nu au nevoie de aer pentru metabolism şi reproducere. Amestecul de gaz produs în acest mod conține metan în proporție de 45-70%, care poate fi folosit datorită conținutului mare de energie. de aceea, în multe ferme de animale sunt instalate bioreactoare pentru a produce energie pentru fermă, în spiritul auto-sustenabilității.

SoluțIASe AFlĂ În

coMpoZIțIA AceStuI

MAterIAl

30

cASA dIn deșeurI

O invenție maghiară permite producerea de plăci din plastic din deșeuri. Este numită SYLROCK și reprezintă un material omogen rezistent la acid, alcali și apă și perioada

de degradare este de 400 ani, ceea ce înseamnă că este foarte durabil. Pentru fabricarea sa se folosesc nu numai deșeuri menajere, ci și industriale. Posibilitățile de aplicare sunt nelimitate, de exemplu din acest material poate fi produs mobilier

de grădină și stradal. Pentru producerea unei singure plăci este nevoie de 340 kg de deșeuri, o cantitate considerabilă, dar, din fericire, sau mai degrabă din nefericire,

există suficiente deșeuri pretutindeni: numai în Uniunea Europeană

1 milion kilotone de deșeuri așteaptă să fie procesate.

cHIMIA plAStIculuI

din punct de vedere chimic, plasticul este un material extrem de diversificat, cu structură macromoleculară, ca proprietate comună. Macromoleculele sunt compuşi cu greutate moleculară mare şi care conțin una sau mai multe unități structurale. pot exista mii de astfel de unități conectate între ele. desigur, moleculele de plastic nu au niciodată aceeaşi mărime, dar există o greutate moleculară medie care este folosită pentru a descrie moleculele.

Termoplastice

Termorigide

DUPă OPțIUNILEDE PROCESARE:

1.

2.

Liniare

Ramificate

Spațiale

DUPă FORMă:

1.

2.

3.MASELE PLASTICE SUNT GRUPATE DUPă ORIGINE:

1.

2.

Convertite din macromolecule naturale (vegetale – celuloză, amidon – proteină)

Artificiale (polimerizareîn trepte sau înlănțuită)

31

În ultIMII 15 AnI, utIlI-ZAreA BIopolIMerIlor A creScut cu peSte 10% În FIecAre An.

proprietățile plasticului de bază pot fi modificate prin mai mulți aditivi, precum plastifianții, catalizatorii, inhibitorii de coroziune, substanțele ignifuge, materiale de umplutură / de construcție, lubrifianții, inhibitorii de îmbătrânire, etc.

În prezent, polimerii biodegradabili, pe scurt biopolimeri, sunt tot mai importanți, iar cele mai importante materii prime ale acestora sunt amidonul şi acidul (poli) lactic. În ultimii 15 ani, utilizarea biopolimerilor a crescut cu peste 10% în fiecare an.

Acidul polilactic este o materie primă promițătoare, cu o sferă largă de utilizare. În condiții corespunzătoare se descompune (hidrolizează) relativ rapid în unități de acid lactic, iar produşii finali ai degradării naturale sunt apa şi dioxidul de carbon.

32

creşterea populaţiei conduce la o cerere tot mai mare de energie, ceea ce reprezintă o provocare pentru cercetători. știința a dezvoltat o mulțime de metode de a utiliza energia în manieră inovatoare şi de a exploata energiile regenerabile într-un mod mult mai eficient.

citiți despre revoluția în domeniul iluminatului, sursele de lumină care necesită tot mai puțină energie, posibilitățile aproape nelimitate ale energiilor alternative, precum şi economisirea de energie şi metodele ecologice în ceea ce priveşte transportul.

33

enerGIe IntelIGentĂ

34

Surse de energie revizuiteștiința poate oferi un ajutor imens în utilizarea inovatoare a energiei. unul din obiectivele fundamentale ale cercetătorilor este să dezvolte metode alternative pentru utilizarea surselor de energie deja existente într-o manieră mai eficientă şi mai ecologică în viitor, pentru a asigura dezvoltarea sustenabilă a pământului.

de unde proVIne enerGIA șI unde Se duce?

timp de mii de ani, oamenii au putut să se încreadă doar în forțele proprii. Mai târziu, au folosit maşinile tractate de animale. totuşi, astăzi cu greu mai putem găsi un instrument care funcționează fără combustibil modern. Aparatele de bucătărie, televizoarele, calculatoarele şi aparatele de iluminat au nevoie de electricitate; iar automobilele noastre au nevoie de combustibili sintetici care sunt produşi la scară industrială. Singura problemă este că oamenii folosesc combustibili fosili pentru a-i produce: obținem energie prin arderea cărbunelui mineral şi a petrolului. Având în vedere creşterea populației şi numărul tot mai mare de oraşe moderne, a crescut şi consumul de energie: casele au nevoie de încălzire şi răcire, clădirile publice

şi unitățile industriale necesită tot mai multă energie, transportul public trebuie asigurat şi, nu în ultimul rând, iluminatul public, care consumă jumătate din energia de care are nevoie un oraş, este de asemenea necesar.

din cauza consumului crescut de energie, rezervele de energie ale pământului se diminuează încet şi în curând putem epuiza combustibilii fosili, care nu se regenerează uşor, având în vedere că este nevoie de mii de ani pentru descompunerea plantelor şi animalelor în adâncul pământului pentru a se transforma în materiale cu potențial energetic, petrol şi cărbune. ca să nu mai vorbim de faptul că un consum excesiv de energie este un factor grav de

poluare: fumul produs de fabrici şi gazele de eşapament ale automobilelor conțin cantități mari de dioxid de carbon şi multe alte substanțe poluante, precum şi gaze cu efect de seră care sunt eliberate în atmosferă şi care au un grav impact asupra viitorului planetei noastre.

oamenii de ştiință au recunoscut acest lucru cu mai multe decenii în urmă, şi de aceea atrag atenția tuturor asupra consumului care economiseşte energia. de asemenea, dezvoltă concepte inovatoare şi vizionare în domeniul energiei pentru viitor. Scopul lor este de a găsi modalități de a utiliza sursele de energie existente mai eficient şi de a îmbunătăți viabilitatea surselor alternative de energie.

o Cantitate enorMă

de combustibili fosili care au fost consumați

în ultimul secol

35

SInGurA noAStrĂ per-SpectIVĂ: utIlIZAreA SurSelor de enerGIe reGenerABIle enerGIA eolIAnĂ

Aşa numita energie regenerabilă rezultată din interacțiunea fenomenelor naturale a fost folosită de secole la o scară mai mică: energia vântului şi apei este folosită de mori, în timp ce energia solară şi geotermică este folosită pentru a încălzi apa. este timpul să redescoperim aceste soluții, având în vedere că acestea au un potențial mult mai mare, iar ştiința ne poate ajuta să le exploatăm mai bine, astfel încât să putem genera electricitate într-o manieră ecologică.

una din energiile regenerabile este vântul, descoperit în ultimele decenii şi din ce în ce mai multe parcuri eoliene sunt create folosind tehnologii moderne pentru a exploata potențialul uriaş al vântului. În 2013, capacitatea energetică a vântului era de 318 Gw, adică de aproape zece ori mai mult decât era acum zece ani.

energia eoliană este captată şi procesată în parcuri eoliene, unde centralele eoliene pot fi găsite una lângă alta. Funcționarea lor este foarte simplă: paletele eoliene, care captează vântul, sunt conectate la turbine care produc electricitate. energia curată poată fi furnizată nu numai clădirilor rezidențiale, ci şi unui oraş întreg. producția de energie eoliană a româniei este remarcabilă printre țările europei centrale şi de est. romannia şi-a mărit producția de energie eoliană de 1,5 ori într-un singur an, astfel că în 2013 centrale eoliene au produs deja 4,300 Mw.

Fapte şi date

9% - Se preconizează că energia eoliană va furniza peste 9% din energia globală furnizată până în 2020. cifra actuală este de aproximativ 2,3%.50% - danemarca este liderul mondial în energie eoliană, aproape o treime din energia sa fiindgenerată de turbinele eoliene. Acest procentva creşte în curândla 50%.

36

MAterIAle InoVAtoAre FoloSIte În turBIne eolIene

colectAreA enerGIeI eolIene de deASuprA norIlor

Materialele şi durabilitatea paletelor afectează substanțial eficiența turbinelor eoliene, având în vedere că la 90 metri înălțime turbinele eoliene pot fi expuse la viteze ale vântului de 300 km/oră. de aceea, inginerii de la compania germană BASF, au dezvoltat un strat de acoperire de înaltă tehnologie, care este flexibil, rezistent şi reflectă razele uV ale soarelui. Stratul protector de acoperire relest® rămâne stabil chiar şi în cele mai vitrege condiții meteorologice şi nu se exfoliază de pe palete, prelungind astfel durata de viață a acestora, ceea ce conduce la o producție mai ieftină a energiilor regenerabile. În plus, în turbinele eoliene sunt folosite o serie de materiale BASF inovatoare, precum sistemele bi-componente care conțin o răşină epoxidică şi aditivi de întărire pentru producția de palete pentru rotor şi mortare speciale pentru turn şi bază. Aceste îmbunătățiri fac posibilă construcția uriaşelor turbine eoliene: ultimul record a fost atins de o turbină eoliană cu un diametru de 127 metri cu palete de 60 m lungime.

Industria energiei eoliene de dezvoltă rapid: există deja idei în curs de dezvoltare pentru a colecta energia eoliană de deasupra norilor. În viitor, zmeiele, aeronavele uşoare şi baloanele ar putea fi folosite pentru generarea de energie. Inovația wind turbine Airborne este una din aceste centrale viitoare. este o turbină

cilindrică, cu înălțime de trei metri, umplută cu heliu, care are în mijloc o elice. dispozitivul pe bază de heliu se poate ridica la 300 m înălțime, unde vântul bate mai puternic, colectând astfel mai multă energie. energia electrică produsă de elice ajunge la generatorul de la nivelul solului printr-un cablu.

90 M

etr

I

VIteZe Ale VântuluI de 300 KM/orĂ.

37

enerGIA SolArĂcealaltă energie verde este energia solară, care poate fi folosită datorită echipamentelor speciale. unul dintre acestea este panoul solar, care transformă energia solară în căldură şi celălalt este celula solară care generează electricitate din energia soarelui. În prezent, nu este surprinzător când vedem astfel de panouri de sticlă pe acoperişurile caselor, deoarece instalarea lor a devenit mai economică şi pot fi uşor conectate la sistemul de alimentare cu electricitate al casei. utilizarea panourilor solare în casele noastre este o afacere bună: nu doar pentru că economisim bani la factura de electricitate, dar totodată putem câştiga bani. energia excedentară, pe care oamenii o produc, dar nu o folosesc, poate fi cumpărată de furnizorii de electricitate. Folosirea energiei solare la scară industrială este şi mai avantajoasă. Astfel, în țările în care soarele este prezent mai mult timp, sunt construite parcuri solare uriaşe, în care pot fi instalate chiar şi 120.000 celule solare care pot produce 2,000 Mw anual. Această cantitate este suficientă pentru a livra electricitate pentru 700,000 de case.

dar cum se produce mai exact electricitatea din lumina soarelui? o celulă solară sau celulă fotovoltaică este un dispozitiv electric care converteşte direct energia solară în electricitate prin efectul fotovoltaic. procesul de conversie are nevoie, în primul rând, de un material care absoarbe energia solară (foton), apoi aduce un electron la o stare de energie mai mare şi apoi trece acest electron cu energie mare către un circuit extern. celulele solare sunt formate din două sau mai multe straturi de material semiconductor care sunt tratate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncţiuni “p” şi “n”. lumina cu o anumită lungime de undă poate ioniza atomii semiconductorului, astfel fotonii incidenți generează purtători de sarcină în exces. Majoritatea purtătorilor de sarcini pozitive (goluri) pot fi găsiți în stratul “p”, în timp ce purtătorii de sarcini negative (electronii) sunt în stratul ”n”. deşi purtătorii de sarcină ale celor două straturi cu sarcini opuse se atrag reciproc, aceştia se pot recombina traversând un circuit extern, din cauza pragurilor potențiale dintre ele.

tehnologia fotovoltaică nu este încă destul de eficientă şi nici rentabilă pentru a concura cu sursele convenționale de energie. de aceea, este în sarcina ştiinței să dezvolte soluții care să ajute energia solară să concureze cu sursele convenționale de energie. Având în vedere că eficiența celulelor solare depinde în mare parte de calitatea materialelor implicate în proces, compania chimică BASF dezvoltă soluții care ajută producția de energie. Aşa sunt plăcuţele semiconductoare de siliciu şi sistemele cu film subţire. de exemplu, compania produce aditivi chimici care fac ca producţia de plăcute semiconductoare de siliciu să fie mai precisă şi mai ieftină. de asemenea, compania a dezvoltat materiale plastice rezistente la razele uV care pot înlocui cadrele de aluminiu ale panourilor solare astfel încât celulele solare să poată rezista mai bine la condițiile atmosferice. În plus, o varietate de adezivi şi materiale izolatoare ale companiei germane asigură durabilitatea celulelor solare.

38

știați că?Soarele deţine o cantitate incredibilă de energie: consumul de energie anual total al omenirii ar putea fi acoperit în întregime de energia produsă de Soare într-o oră, dacă am putea folosi acea energie în întregime.

•

Fapte şi date

1,248gigawatt-oră- În 2013, lumea a produs această cantitate de electricitate în centralele solare.

există şi parcuri solare în care energia solară este direcționată cu oglinzi mobile numite heliostate, care produc căldură direct. Acestea se numesc parcuri termo-Solare. cel mai mare parc termo-solar din lume, cu o suprafață de 1,500 acri, este în deşertul Majove, la granița dintre california şi nevada. capacitatea celor 300,000 oglinzi este de 392 Mw şi poate alimenta cu energie 140.000 gospodării. cel mai mare parc termo-solar din europa este planta Solar 10, aflat în Sevilla, Spania.

SoArele dIn Horn turnul eolian solar, cunoscut şi sub numele de horn solar, este o nouă alternativă din domeniul surselor de energie regenerabile. Invenția se bazează pe un fapt cunoscut de mii de ani, şi anume că aerul cald se ridică. Funcționează astfel: aerul este încălzit de energia solară care generează un flux vertical de aer în interiorul turnului, care determină turbinele eoliene ale turnului să se rotească, producând energie. În prezent, china are un astfel de turn, dar multe alte țări plănuiesc să construiască turnuri similare, la fel ca în deşertul australian, unde aerul de la suprafața solului este foarte fierbinte. potrivit planurilor, acest turn va fi cea mai înaltă clădire din lume, înălțimea sa fiind între 750 şi 1,000 metri.

39

știați că?Puterea inepuizabilă a apei poate fi utilizată, de asemenea, pentru producerea de energie în râurile cu un curs lent. Această metodă, trecută cu vederea în mare parte, a fost utilizată totuși în anii 1200 în centralele bazate pe maree. Ideea este că energia mișcării apei între nivelul maxim și minim al mareelor este folosită de mici turbine hidroenergetice. Această soluție ecologică este folosită tot mai puțin începând cu anii 1800, în perioada industrializării, deoarece nu a fost la fel de eficientă ca petrolul sau cărbunele.

•

Fapte şi date

20% - din energia anuală la nivel mondial este obținută din hidroenergie

HIdroenerGIe

Hidroenergia este diferită de celelalte forme ale surselor de energie regenerabile deoarece este disponibilă permanent; vântul nu bate tot timpul, iar soarele este prezent numai în timpul zilei, dar apa nu lipseşte niciodată, deci este o sursă de energie mult mai stabilă. nu este o coincidență faptul că această energie verde este cea mai răspândită: aproape 20% din electricitatea la nivel mondial este produsă cu ajutorul apei, adică aproximativ 2,030 twh. Aceasta reprezintă de sute de

ori mai mult decât capacitatea parcurilor eoliene funcționale în prezent. Se estimează că la nivel mondial capacitatea hidroenergetică totală disponibilă este de zece ori mai mare, deci există încă domenii neexploatate. Ţinând cont de râurile de munte cu cursuri rapide, cei mai mari utilizatori de hidroenergie sunt norvegia, elveția, Italia, Suedia şi Finlanda. de asemenea, din acest motiv, norvegia este liderul mondial în utilizarea energei regenerabile.

Hidroenergia este exploatată în centrale hidroelectrice, unde cursul râurilor este de obicei blocat de un baraj şi energia apei este convertită în energie electrică prin intermediul turbinelor de apă şi a generatoarelor electrice. În plus, există centrale energetice alimentate cu valuri care utilizează energia mişcării continue a mării. deşi acest domeniu este încă puțin utilizat, potrivit experților în energie, 15% din electricitatea la nivel

mondial ar putea fi produsă de valurile mărilor şi oceanelor, o cantitate uriaşă, exact de două ori mai mult decât se produce în prezent în centralele nucleare din întreaga lume. toate acestea arată că sarcina inginerilor de azi şi de mâine este de a redescoperi aceste tehnologii date de natură şi de a crea stații energetice verzi mai eficiente folosind materiale moderne şi sisteme informatice avansate.

40

enerGIA eSte pretutIndenI, treBuIe doAr SĂ ștIM cuM SĂ o FoloSIM

enerGIe dIn deșeurIBiogazul este un factor tot mai important în producția de energie. poate fi obținut din materiile prime disponibile la nivel regional, precum deşeurile reciclate. de asemenea, este o sursă de energie regenerabilă şi în multe cazuri generează o amprentă de carbon foarte mică. Biogazul este

produs de bacteriile anaerobe prin digestia substanţelor organice sau prin fermentarea materialelor biodegradabile precum gunoiul de grajd, apele uzate, deşeurile municipale, deşeurile verzi şi materialele vegetale provenite din culturile agricole. Metanul, hidrogenul şi monoxidul de carbon (co) pot fi arse

sau oxidate cu oxigen. Această eliberare de energie permite biogazului să fie folosit ca şi combustibil, poate fi folosit pentru încălzirea în diverse scopuri, cum este gătitul. de asemenea, poate fi folosit pentru un motor pe gaz, pentru a converti energia gazului în electricitate şi căldură.

pe lângă utilizarea tot mai diversificată a surselor de energie regenerabile, cercetătorii creativi pot produce energie în moduri uimitoare. de exemplu, pentru utilizarea energiei cinetice sau mecanice, este nevoie doar de puțină imaginație şi câteva soluții ştiințifice inovatoare. În

mai multe oraşe, sunt plasați senzori în asfalt sau pavaj, care utilizează energia paşilor trecătorilor. Inițiativa cu cel mai mare succes a fost introdusă la Jocurile olimpice de la londra. de atunci, pavaje energetice similare funcționează în Israel, în toulouse, Franța, şi în tokyo,

Japonia. Mai mult, un proprietar creativ de discotecă a implementat în premieră mondială primul ring de dans sustenabil în olanda, care colectează energia cinetică de la mişcările dansatorilor şi produce energie electrică folosind generatoare.

?

41

terenul de FotBAl cInetIc

NUrISIPIțI!

recent, în Brazilia a fost inaugurat primul teren de fotbal cinetic din lume. Sub gazon, se află 200 de plăci pentru captarea energiei mişcărilor jucătorilor pentru producerea de electricitate. de asemenea, în jurul terenului sunt instalate panouri solare. 80% din energia folosită pe teren în timpul zilei este produsă de panourile solare, în timp ce plăcile cinetice asigură 100% din energia folosită pe timpul nopții.

cercetătorii viitorului sunt de acord că viitoarea criză energetică este soluționată doar parțial prin utilizarea energiilor regenerabile şi a soluțiilor inteligente menționate mai sus: economisirea energiei şi reducerea necesarului de energie al lumii sunt, de asemenea, cel puțin la fel de importante. potrivit calculelor efectuate, dacă vom continua risipa, nevoia de energie a omenirii se va dubla până în 2030, ceea ce înseamnă că emisiile de dioxid de carbon se vor dubla. cu toate acestea, dacă începem să economisim energie, cererea va creşte cu doar 16%.

locuitorii oraşelor au o responsabilitate mare în economisirea energiei , având în vedere că cea mai mare parte a energiei este folosită de oraşele mari. de asemenea, unitățile industriale trebuie să facă o schimbare, deoarece folosesc mult mai multă energie decât gospodăriile. este sarcina lor să dezvolte propriile tehnologii şi să îşi optimizeze procesele pentru a reduce necesarul de energie. Acest proces a început deja şi multe unități industriale mari s-au modernizat pentru a economisi energie.

DACă ÎNCEPEM Să ECONOMISIM ENERGIE,

cererea va crește cu doar

16%

Fapte şi date

53% - aceasta este cantitatea suplimentară de energie de care are nevoie omenirea până în 2030, dacă nu vom economisi energie. 16% - aceasta este cantitatea suplimentară de energie de care are nevoie omenirea până în 2030, dacă vom economisi energie.

SFaturi pentru economisirea energiei:!

• reducețiîncălzireacentrală:reducereatemperaturiidincase cu doar 1°c reduce costurile energetice cu până la 6%.• Înlocuițibecuriletradiționaledincasevoastrecusursede lumină led ecologică. Acestea consumă cu 90% mai puțină energieșidureazămaimulțiani!• Cândfierbețiapa,apreciațiexactcâtăapăaveținevoie,și fierbeți doar cantitatea pe care o utilizați, astfel economisiți nu doar energie, ci şi apă.• Uitațidemodulstand-by!Aparateleînmodstand-by consumă electricitate, deci e mai bine ca întotdeauna să scoateți aparatele electrice din priză după ce le folosiți.• Modernizațiizolațiacaseivoastre!Îngospodării,ceamai mare risipă de energie este cauzată de pierderea de căldură, deci este foarte important ca toate ferestrele şi uşile să fie bine izolate.

42

43

cHIMIA celuleI SolAre

celulele solare sunt formate din două sau mai multe straturi de material semiconductor care sunt tratate cu anumite elemente chimice pentru a forma joncţiuni “p” şi “n”. lumina cu o anumită lungime de undă poate ioniza atomii semiconductorului, astfel fotonii incidenți generează purtători de sarcină în exces. Majoritatea purtătorilor de sarcini pozitive (goluri) pot fi găsiți în stratul “p”, în timp ce purtătorii de sarcini negative (electronii) sunt în stratul ”n”. deşi purtătorii de sarcină ale celor două straturi cu sarcini opuse se atrag reciproc, aceştia se pot recombina traversând un circuit extern, din cauza pragurilor potențiale dintre ele.

44

Surse viitoare de lumină evoluțiile inovatoare influenţează şi ingineria aparatelor de iluminat. Becurile cu tungsten şi halogen au fost înlocuite treptat cu cele economice cu led şi oled. cercetătorii studiază opțiunile de a avea lumină naturală în interior, chiar şi în încăperi închise, fără a folosi becuri.

șI S-A FĂcut luMInĂ

este evident că invenția lui thomas Alva edison din secolul al xIx-lea, becul cu incandescență, a revoluţionat complet lumea. În trecut, activitățile erau efectuate în timpul zilei, la lumina zilei: oamenii se culcau seara devreme şi se trezeau în zori. În schimb, oamenii moderni folosesc lumina, în loc să se adapteze la ea, deoarece avem nevoie de lumină chiar şi seara târziu. de fapt, avem nevoie de lumină şi în timpul zilei, având în vedere că nu ne petrecem cea mai mare parte a zilei în exterior, ci în interior, unde, în general, nu există lumină naturală.

Singura problemă este că iluminatul necesită 19% din producția totală de electricitate a pământului. omenirea are tot mai mare nevoie de lumină pentru dezvoltarea tehnologiei şi pentru schimbările în stilul de viață. de aceea, un iluminat eficient energetic este atât de important. reducând energia folosită pentru iluminat, totodată se poate reduce substanțial şi emisia dăunătoare de dioxid de carbon. de aceea, inginerii şi cercetătorii dezvoltă soluții noi de iluminat, nemaiîntâlnite, cu ajutorul ştiinței.

știați că ?Ora de vară și ora de iarnă au fost introduse pentru a economisi energia folosită pentru iluminat. În acest fel se economisește energie egală cu aproximativ 300,000 tone de petrol brut.

•

45

Înainte de a analiza soluțiile inovatoare de iluminat oferite de ştiință, să luăm în considerare sursele de lumină disponibile pe pământ:

teorIA luMInII

SurSele șI dISpoZItIVele de luMInĂ cAre Sunt FoloSIte pentru A produce luMInĂ VIZIBIlĂ pot FI ÎMpĂrțIte În douĂ Grupe.

Sursele de lumină primară emit lumină direct.

Sursele secundare de lumină doar reflectă sau dispersează lumina altor surse de lumină.

Grupele MArI Se dIFerențIAZĂ MAI depArte dupĂ prIncIpIul de FuncțIonAre

natural: corpuri cereşti, fulgere, luminile nordice, bioluminiscență emisia de lumină a unuiorganism viu

1.

1.

2.

2.

3.

combustie: torță, lumânare, lampă cu gaz, magmă

electric: becul cu incandescență becurile cu tungsten şi cu halogen electroluminiscență led lampă cu descărcare în gaz de joasă presiune lampă fluorescentă (compactă), lampă cu inducție

lampă cu descărcare în gaz de înaltă presiune lampă cu arc în vapori de mercur, lampă cu arc în vapori de xenon

46

reVoluțIA luMInII

În comparație cu alte domenii ale ştiinței, este surprinzător cât de lentă a fost evoluția luminii. A trebuit să aşteptăm mai mult de 100 ani pentru a avea primul bec economic: credeți sau nu, becurile care funcționează pe baza aceluiaşi principiu pe care l-a inventat edison în secolul al xIx-lea sunt folosite chiar şi în prezent în multe locuri.

dar de ce a fost necesară evoluția? Becul cu incandescență nu este eficient, având în vedere că 90% din energie se pierde sub formă de căldură şi doar 10% este folosit pentru a produce lumină. este o risipă incredibilă, considerând că resursele noastre de energie sunt

limitate (pe această temă citiți mai multe în articolul nostru privind „energia”). risipa trebuie oprită cât mai repede posibil, de aceea comisia europeană a adoptat cartea Verde şi a lansat o consultare privind ingineria iluminatului ecologic şi economic. Ţinta până în 2020 este reducerea consumului de energie pentru iluminat cu până la 20% în țările europene. distribuția de becuri cu incandescență va fi eliminată treptat în cadrul uniunii europene în următorii ani şi, drept consecință, becurile din gospodării, birouri şi zone publice trebuie înlocuite cu surse de lumină economice. În ultimul deceniu, becurile economice cu halogen, în care

este introdus halogen (iod sau brom), au început să se răspândească. Acest filament are o temperatură mai ridicată decât filamentul din tungsten, astfel becul este fabricat din sticlă dură sau cuarț. Becurile fluorescente economice devin populare. electricitatea este circulată prin bec, care conţine vapori de mercur şi un gaz inert precum argon, care determină o reacţie ce creează lumină. cea mai promițătoare alternativă este led (diodă emițătoare de lumină) sau varianta sa organică, oled (diodă organică emițătoare de lumină), care este cunoscută şi ca sursă de lumină în stare solidă (SSl).

Becul cu incandescență nu este eficient, având în vedere că 90% din energie se pierde sub formă de căldură şi doar 10% este folosită pentru a produce lumină.

știați că ?Credeți sau nu, becurile care funcționează pe baza aceluiași principiu pe care l-a inventat Edison în secolul al XIX-lea sunt folosite chiar și în prezent în multe locuri.

•

47

led șI oled

răspândirea led-urilor şi a tehnologiei oled este indiscutabilă, ele având diverse avantaje în comparație cu becurile incandescente. În primul rând, sunt mult mai eficiente energetic; în al doilea rând, durata lor de viață poate fi de 40-60 ani. În cadrul led-urilor, lumina este generată de o diodă conectată la curent electric care agită electronii atomilor din materialul diodei, determinându-i să se mişte la un nivel mai mare de energie (orbită electronică); iar când aceştia revin la nivelul lor de

energie inițial, emit fotoni, de fapt, lumină.

diferența dintre led şi oled este litera „o”, care înseamnă „organic”. În timp ce led-urile folosesc cristale minuscule bazate, de exemplu, pe nitrit de galiu, oled-urile sunt fabricate din compuşi organici asemănători pigmenților care sunt de obicei folosiți pentru a acoperi un material de bază cu ajutorul vaporilor. diodele organice emițătoare de lumină (oled) creează o lume în care este posibil tapetul iluminat şi transformarea

geamurilor în sursă de lumină pe timpul nopții. experții sunt convinşi că în câțiva ani aceste alternative economice promițătoare ar putea revoluționa sectorul iluminatului. Aşteptările din partea oled-urilor sunt ridicate; se preconizează că vor deveni mai eficiente decât toate sursele de lumină existente şi, într-o zi, vor putea converti aproape 100% din capacitatea lor energetică în lumină.

diferența dintre led şi oled este litera „o”, care înseamnă „organic”

48

SurSe de luMInĂ IntelIGente

Sursa de lumină inteligentă lIFx a câştigat medalia de aur la edison lighting Award în 2014. este un led economic cu culoare variabilă care are wIFI, astfel încât poate fi controlată cu un telefon mobil folosind o aplicație gratuită. Aceasta oferă o experiență incredibilă pentru utilizatori: 16 milioane de culori, fulgere şi efecte programabile, iar iluminatul poate fi armonizat chiar şi cu muzica favorită. Fluxul luminos de maxim 1,000 lumeni poate fi folosit până la 25 ani.

Fluxul luMInoS de MAxIM 1,000 luMenI poAte FI FoloSItpânĂ lA 25 AnI.

49

o AltA perSpectIVA ASuprA Metodelor de IluMInAt

Avantajul extraordinar al oled-urilor poate fi aplicat în mod eficient şi creativ de către dezvoltatori în aparatele electrocasnice. Imaginați-văuntelevizorflexibil,rulabil!Implementarea este posibilă, dacă afişajul oled este încorporat într-un strat subțire de plastic. Gama de posibilități este aproape inepuizabilă. dezvoltatorii BASF au creat deja

o sursă subțire de lumină care, fiind plasată deasupra maşinilor, funcționează ca un panou solar. În alte cazuri funcționează ca o sursă de lumină şi dacă este oprită devine complet transparentă. o astfel de maşină cu „plafon de sticlă” colectează electricitate în timpul zilei şi iluminează interiorul vehiculului în timpul nopţii.

50

cuM FuncțIoneAZĂ oled-urIle?

oled-urile sunt construite ca un sandwich, cu o parte centrală formată din straturi subțiri de material organic. Aceste straturi sunt plasate între un anod încărcat pozitiv şi un catod încărcat negativ. la trecerea unui curent electric prin ele,

electronii şi sarcinile pozitive trec în mijlocul acestui sandwich şi fuzionează, determinând moleculele încorporate să lumineze. deoarece straturile organice sunt foarte sensibile la apă şi oxigen, acestea trebuie încapsulate pentru protecție.

led-urile pot fi folosite eficient şi în alte domenii, de exemplu, în cultivarea plantelor în interior, putând imita perfect soarele. la stația experimentală a fermelor American Green Sense salata verde, varza, busuiocul şi arpagicul sunt crescute în hale cu aer condiționat şi lumină led artificială. Acestea cresc 22 ore pe zi, 365 zile pe an în turnuri de 7 m, neatinse de dăunători şi răsfățate într-o lumină roz ireală. desigur, aceasta nu este lumina pe care o emite în mod normal un led, ci este o lungime de undă a razei de care au nevoie plantele ca să crească. Această soluție este foarte bună pentru recoltele mici de plante cu frunze, dar probabil că ştiința va dezvolta lumină artificială şi nutritivă şi pentru recoltele de cereale care sunt produse în cantități mari, cum sunt porumbul şi grâul. în

turn

uri d

e 7

M

365

ZIle

pe An

salat

a ve

rde,

varza

,

busu

iocul

cre

sc

22 o

re pe

ZI

51

Fapte şi date

un oled dureAZĂ de 5-10 orI MAI Mult decât un Bec IncAndeS-cent.

nuMĂrul de ore Al durAteI de VIAțĂ A unuI led.

nuMĂrul de ore ActuAl Al du-rAteI de VIAțĂ A unuI oled.

5-10

40,000

10,000

În cazul becurilor electrice, lămpilor cu halogen şi lămpilor economice, o mare parte a energiei este convertită în căldură în loc de lumină – suprafața unui bec electric de 100 watt, de exemplu, atinge o temperatură de peste 200°C când becul este aprins. În schimb, sursele de lumină oled dezvoltate în dresden rămân la 30°C, astfel încât au întotdeauna o temperatură sigură, mai mică decât temperatura corpului.

52

desigur, automatizarea a afectat şi ingineria iluminatului. Într-o casă inteligentă, echipată cu un sistem inteligent de control, nu putem doar să aprindem şi să stingem lumina, sau să controlăm intensitatea, ci putem stabili şi opțiuni personalizate. opțiunile favorite pot fi selectate în orice moment şi toate becurile din casă pot fi acționate cu o singură atingere, în funcţie de starea noastră de spirit, momentul zilei sau

activitățile pe care le facem. totuşi, potențialul tehnologiei oled merge mult mai departe decât simplele becuri şi programe de iluminat. lumina lor este mai plăcută, mai diafană şi mai blândă decât orice altă sursă de lumina, motiv pentru care este numită „lumină stării de bine”. Secretul factorului „stării de bine” se găseşte în modul în care este emisă lumina. Spre deosebire de

toate celelalte surse de lumină artificiale din trecut sau din prezent, oled-urile nu emit lumina dintr-un punct; acestea reprezintă o sursă de lumină plată. oled-urile permit reglarea temperaturii culorii şi adaptarea luminii la momentul zilei. deci, este posibil să avem o lumină albă caldă în timpul dimineții şi serii, şi o lumină albă rece în timpul zilei.

cASĂ IntelIGentĂ, IluMInAtĂ IntelIGent

luMInA lor eSte MAI plĂcutĂ, MAI dIAFAnĂ șI MAI BlândĂ decât orIce AltĂ SurSĂ de luMInĂ, MotIV pentru cAre eSte nuMItĂ „luMInA StĂrII de BIne”

53

o altă proprietate a oled-urilor este să inspire proiectanții sistemelor de iluminat. ele sunt realizate din materiale organice în straturi subțiri şi în viitor există posibilitatea de a le poziționa ca un al doilea strat peste tapet, tavane sau ferestre. În acest fel, un plafon ar putea crea iluzia perfectă a unui cer de vară sau un perete ar putea deveni o pajişte de primăvară virtuală. când

sunt oprite, oled-urile sunt de culoare albă, reflectorizante sau transparente - astfel încât acestea ar putea fi folosite la crearea de ferestre care permit pătrunderea luminii soarelui în timpul zilei, apoi se transformă în lămpi plate la întuneric. diodele cu consum redus de energie pot inspira nu numai un designer, dar ele pot fi, de asemenea, utilizate în modă, în proiectarea de

mobilier şi bijuterii sau în artă. de asemenea, lumina naturală a “stării de bine” ar putea fi utilizată în viitor în spitale şi în timpul intervențiilor chirurgicale. totodată, au venit solicitări din partea muzeelor interesate de o sursă de lumină blândă, fără raze uV şi emisii de căldură puternică. Japonia este deja cu un pas înainte; primele săli de expoziție de aici au fost deja echipate cu oled-uri.

proBleMA culorII AlBAStre

doar combinaţia corectă de lumină roşie, verde şi albastră produce lumina albă a unei diode organice emițătoare de lumină (oled). până acum, producătorii au fost nevoiți să se descurce cu un pigment albastru care este relativ ineficient. emițătorii fluorescenți aflați în prezent pe piață convertesc nu mai mult de un sfert din energie în lumină, restul fiind convertită în căldură. de aceea, inginerii chimişti de la BASF au început cu câțiva ani în urmă să

caute o soluție pentru „problema albastră”. Au descoperit molecule care luminează albastru şi pot converti energia în lumină aproape în totalitate. Aceste molecule aparțin emițătorilor fosforescenți foarte eficienți folosiți în oled. există un singur impediment: durata lor de viață este de doar câteva minute. până în 2016, tehnologia albastră dezvoltată de BASF ar trebui să aibă profunzimea de culoare necesară pentru industria afişajelor.

54

poate părea incredibil, dar este posibil ca în viitor să nu mai avem nevoie de becuri pentru iluminat public. În schimb, lumina poate fi asigurată de plantele care cresc pe marginea drumului. o echipă de cercetători din San Francisco lucrează la producerea unor plante care strălucesc folosind biologia sintetică. conform planurilor, segmente de Adn sintetic bazate pe Adn-ul licuricilor şi a bacteriilor marine luminoase vor fi implantate în plante.

creștereA plAntelor – plAntele producĂ-toAre de luMInĂ FoloSIte cA lĂMpI

pentru majoritatea dintre noi, laserul este un amestec colorat de lumini intermitente, dar nu e la fel pentru toată lumea. Steven denBaars, un cercetător la uc Santa Barbara, consideră că lumina laser ar putea înlocui perfect becurile tradiționale, de exemplu, întregul plafon al unei camere se poate aprinde de parcă ar fi un imens luminator. Sau, imaginați-vă sălile de evenimente ale hotelurilor în care zeci sau sute de becuri sunt înlocuite de doar câteva surse de lumină ultra-luminoase.

la prima vedere, pare să nu fie nimic în comun între strălucirea caldă a unui

bec incandescent, care creează lumină prin încălzirea unui filament până este alb-cald, şi un laser, care generează lumină printr-un proces de amplificare optică bazat pe emisia stimulată de radiaţii electromagnetice şi creează lumină într-o singură lungime de undă şi emite un fascicul focalizat într-un punct minuscul. punctul comun este tehnologia led - se dovedeşte că tipul de laser la care lucrează denBaars se bazează pe diodele emițătoare de lumină existente, numite “diode laser.”

este foarte similar cu o lumină led. Foloseşte aceleaşi materiale, dar două

oglinzi sunt poziționate de fiecare parte a led-ului şi acesta se transformă în laser. odată obținută această reflexie înainte şi înapoi, obținem un efect de amplificare şi trecem de la emisia obişnuită la emisia stimulată – este ca o avalanşă. cele mai bune diode laser sunt la fel de eficiente în transformarea energiei electrice în lumină ca un led cumpărat de la magazin, dar cu o diferență majoră: puteți pompa de 2,000 de ori mai multă electricitate într-o diodă laser. În teorie, aceasta înseamnă că o diodă laser poate produce de 2,000 de ori mai multă lumină pe centimetru pătrat.

lASerul cA SurSĂ de luMInĂ

55

cea mai economică sursă de lumină este în mod clar Soarele, de care arhitectura modernă încearcă să profite prin utilizarea de atriumuri şi acoperişuri de sticlă. o soluție foarte simplă, care devine tot mai comună, este introducerea luminii directe a soarelui în apartamente. nu este un lucru nou, şi această soluție creativă este adesea folosită în zonele subdezvoltate din punct de vedere tehnic: o sticla pet folosită este umplută cu apă şi se adaugă o cantitate mică de

înălbitor pentru a steriliza lichidul şi a-l păstra clar. Flaconul este apoi introdus vertical într-o gaură din acoperiş, fixat să nu cadă şi izolat cu puțin cauciuc. Becul improvizat este gata. când soarele străluceşte şi ajunge pe sticlă, apa din interior va reflecta lumina şi va lumina interiorul casei fără utilizarea energiei electrice.

o abordare mai modernă este situația în care lumina soarelui este introdusă

în cameră printr-un tub solar, care acționează ca o prismă activă. este construit direct în structura acoperişului. În exterior, există un colector de lumină, de unde lumina călătoreşte spre cealaltă parte a tubului, care este montată în interior, cu oglinzi. cele mai avansate structuri pot transmite lumina chiar şi la distanță de 6 metri, fără pierderi. Astfel, o cameră fără ferestre de până la 7 metri pătrați poate fi uşor iluminată cu lumina soarelui.

În 2014, premiul nobel pentru Fizică a fost câştigat de doi cercetători japonezi şi un cercetător american – Isamu Akasaki, Hiroshi Amano şi Shuji nakamura – „pentru inventarea diodelor emițătoare de lumină albastră eficiente, care au facilitat crearea de surse de lumină albă economică”. cercetătorii premiați au facut epocala descoperire la începutul anilor 1990.

primele diode emițătoare de lumină, adică led-uri, au fost fabricate în anii 1960. Acestea puteau produce doar lumină infraroşie: şi în prezent le putem întâlni

la telecomenzi. cercetătorii au dezvoltat led-uri tot mai luminoase şi apoi pe scara lungimii de undă au apărut led-uri roşii, apoi verzi. dar lumina albastră a rezistat şi nu s-a putut produce dioda emițătoare de lumină albastră, astfel că fără componenta albastră nu era posibilă nici producerea luminii albe. led-urile albastre pe bază de nitrit de galiu dezvoltate acum douăzeci de ani au fost primele care aveau capacitatea de a produce o luminozitate puternică, astfel că, în sfârşit, s-a deschis calea pentru producția combinată (roşu + verde + albastru) de led-uri cu lumină albă.

luMInA nAturAlĂ CoNteAză!

led câștIGĂtor Al preMIuluI noBel

56

noi perspective în transporttransportul a devenit o parte importantă a vieții noastre de zi cu zi – totuşi, consumă o cantitate imensă de energie şi generează emisii masive de substanțe poluante; gazele de eşapament a milioane de maşini poluează aerul în fiecare zi. evident, dezvoltarea sustenabilă trebuie să cuprindă revoluția transportului în care ştiința poate veni în ajutorul nostru.

ÎnSoțItorII noștrI de FIecAre ZI: MAșInIle

Maşinile au devenit parte din viața noastră de zi cu zi abia în ultimii o sută ani - dar într-o măsură atât de mare, încât nu ne putem imagina ce am face dacă nu ar fi la dispoziția noastră. cu toate acestea, numărul tot mai mare de autovehicule contribuie în mare măsură la epuizarea rezervelor de petrol şi cărbune, adică sursele de energie fosilă ale planetei, având în vedere că majoritatea maşinilor noastre funcționează cu benzină sau motorină, ambele produse din petrol. În plus, gazele de

eşapament conțin gaze poluante, precum dioxid de carbon, monoxid de carbon, oxizi de azot şi hidrocarburi. conform estimărilor, până în 2021 vor exista în jur de 1,2 miliarde de autoturisme pe şosele la nivel mondial, cu o creştere de aproape 300 de milioane comparativ cu prezentul. În prezent, transportul este responsabil pentru 50% din poluarea totală aaerului, ceea ce face ca reducerea drastică a acesteia să constituie una dintre cele mai mari provocări.

57

BIcIcletA șI renAștereA AceSteIA

Mulți trec de la patru la două roți - unii pentru a proteja mediul, alții din motive practice, pentru a se deplasa de acasă la şcoală sau la locul de muncă cu bicicleta. ca un fapt interesant, într-un an se produc de două ori mai multe biciclete decât maşini, iar în ultimul deceniu, au fost vândute mult mai multe biciclete decât înainte. există națiuni care au o preferință pentru biciclete ca o tradiție, cum ar fi olandezii: în olanda numărul de biciclete depăşeşte numărul populației. Situația este similară în china şi țările Asiei de Sud-est, deşi biciclete electrice sunt, de asemenea, utilizate în mod obişnuit acolo, din cauza distanțelor mai mari.

popularitatea în creştere a ciclismului este indicată de numărul tot mai mare de materiale unice şi modele moderne folosite pentru fabricarea de biciclete mai confortabile, sigure şi unice. una din inovațiile recente este lansarea de cadre de biciclete din lemn sau bambus, care sunt foarte flexibile şi rezistente. BASF, companie implicată în dezvoltarea de materiale inovatoare, a creat propria bicicletă-concept, care combină memoria trecutului cu promisiunea viitorului. Bicicleta „concept 1865” are aspectul bicicletelor produse acum 150 ani, dar conține 24 de materiale plastice de înaltă performanță, spume speciale şi răşini epoxidice şi poliuretani care fac această bicicletă unică nu numai ca şi aspect exterior, dar şi din perspectiva experienței utilizatorului.

Fapte şi date

În fiecare zi, 95.000 de vehicule noi ajung pe şoselele din întreaga lume.până în 2021, vor exista aproximativ 1,2 miliarde maşini pe şoselele din întreaga lume.Autovehiculele sunt responsabile pentru 40% din poluarea aerului în europa.peste 80% din distanțele parcurse de maşini în europa sunt mai mici de 20 kilometri.

58

producătorii şi furnizorii de automobile încearcă să găsească soluții pentru a reduce consumul general de combustibil şi emisiile, în ciuda creşterii rapide a utilizării vehiculelor. prima soluție oferită de dezvoltatori a fost producerea vehiculelor electrice, care sunt propulsate de un motor electric alimentat de o baterie reîncărcabilă. Vehiculele electrice au fost primele care au apărut în număr mare pe drumurile publice, combinând motorul cu combustie internă cu motorul electric, pentru a reduce consumul de combustibil şi emisiile. Avantajul lor este că utilizează eficient propulsia electrică în transportul urban, unde distanțele sunt scurte, şi trec la motorul tradițional pe distanțe lungi şi viteze mai mari.

componenta cheie a unei maşini electrice este bateria, care stochează energia. Adevăratul progres a fost obținut odată cu introducerea bateriilor cu litiu,

care sunt mult mai puternice decât predecesoarele lor. Aceastea pot dura aproximativ 150-200 km cu o singură încărcare, ceea ce este mai mult decât suficient pentru distanțele medii dintre oraşe - şi maşina poate fi conectată la un încărcător în timpul nopții, la fel ca telefoanele mobile. totuşi, visul cercetătorilor este să găsească o soluție prin care o încărcare să fie suficientă pentru distanțe mai lungi. Inginerii companiei chimice BASF lucrează la următoarea generație de baterii. combinația dintre litiu şi sulf sau aer ar putea oferi bateriilor o densitate mai mare de energie, ceea ce înseamnă că o maşină ar putea să călătorească aproape 400 km cu o singură încărcare.

o altă soluție pentru a îmbunătăți eficiența încărcării ar putea fi noul tip de vehicule electrice hibride alimentate la priză (plug-in hybrid electric vehicles -

pHeV). Aceste maşini au o baterie mai puternică şi pot fi reîncărcate cu un cablu electric. de asemenea, pHeV-urile au şi un motor cu combustie, care poate ajuta atât la încărcarea bateriei electrice, cât şi ca extindere a aplicabilității, dar utilizarea acestuia este minimizată în mare măsură de capacitatea sporită a bateriei. de asemenea, panourile caroseriei cu stocare de energie ar putea fi o inovație promițătoare. unele companii europene cercetează şi testează în prezent panouri de caroserie care pot stoca energia şi se pot încărca mai rapid decât bateriile convenționale din prezent. panourile de caroserie în curs de testare sunt compuse din fibre de polimer şi răşină de carbon şi sunt suficient de rezistente pentru a fi folosite la vehicule şi suficient de pliabile pentru a fi modelate sub formă de panouri.

MAșInIle electrIce – VeHIculele VIItoruluI?

știați că?Nu este adevărat că mașinile electrice sunt lente. Una dintre cele mai rapide mașini electrice din lume este Rimac Concept One, produsă de tânărul inventator croat Mate Rimac, care se poate deplasa cu o viteză de 300 km/oră, cu un motor de 1088 CP.

•

Fapte şi date

500,000 – numărul de maşini electrice la nivel mondial+100% - creşterea preconizată a numărului de maşini electrice până în 2022 2040 – fiecare a doua maşină va fi o maşină hibridă.

59

o centrAlĂ enerGetIcĂ cu HIdroGen În MAșInĂ

o oportunitate promițătoare pentru crearea maşinilor ecologice şi cu zero emisii poluante este pila de combustie care generează energie electrică la bordul maşinii printr-o reacție chimică între hidrogen şi oxigen. energia chimică rezultată din reacția celor două materiale se transformă în electricitate, căldură şi apă, iar țeava de eşapament emite doar abur. Maşinile echipate cu pile de combustie au o autonomie de conducere comparabilă cu vehiculele cu motoare cu combustibil de astăzi. oferă aceeaşi

performanță şi autonomie ca şi vehiculele tradiționale – deşi dezvoltatorii trebuie încă să depăşească o serie de provocări. trebuie să găsească un loc pentru poziționarea în maşină a unui rezervor mare de hidrogen şi să reducă greutatea pilei de combustie. nu în cele din urmă, trebuie construit un lanț de stații pentru alimentarea cu hidrogen, unde maşinile cu pile de combustie se pot alimenta cu hidrogen, în loc de benzină.

60

cu câțiva ani în urmă, centrul German Aerospaţial (dlr) şi lange Aviation au construit prima aeronavă propulsată cu hidrogen, Antares dlr-H2. planorul cu motor mic nu emite zgomot aproape deloc şi nu emite fum, doar abur. esența sistemului de pile de combustie, instalat sub aripi, este un ansamblu membrană-electrod dezvoltat de BASF, a cărui inovaţie revoluționară este că permite o temperatură de operare de 180°c, facând inutile o serie de componente costisitoare, inclusiv sistemul de răcire. German Aerospace centre plănuieşte să instaleze această pilă de combustie inovatoare la aeronava de pasageri Airbus A320 pentru a îmbunătăți eficiența alimentării cu energie la bordul acestei aeronave de dimensiuni mari.

Fără îndoială, una dintre cerințele esențiale pentru maşinile viitorului este o selecție atentă a materialelor: dezvoltatorii trebuie să se asigure că panourile caroseriei sunt sigure, confortabile, şi cât mai uşoare posibil. Această ultimă provocare este una cu care se confruntă şi inginerii proiectanți din Formula 1: aceştia doresc să reducă greutatea maşinilor din cauza vitezelor mari, în timp ce în transportul de zi cu zi avantajul unei greutăți de “categoria pană” este că maşina va avea un consum mai mic. Materialele plastice inovatoare, dezvoltate de industria chimică, sunt folosite tot mai des pentru a atinge greutăți mai mici.

AeronAVA propulSAtĂ cu HIdroGen – de ASeMeneA, o reAlItAte

cHIMIA ÎșI croIește druM În MAșInI

Fapte şi date

Maşinile moderne conțin deja plastic în proporție de aproximativ 15% În câțiva ani, această proporție ar putea urca până la 25%.

61

62

Suntem deja obişnuiți să găsim plastic în interiorul maşinilor, dar un număr tot mai mare de alte părți, inclusiv carcasele şi părți ale blocului motor, sunt realizate din materiale plastice tehnice. divizia auto a BASF a dezvoltat o serie de materiale plastice cu caracteristici speciale, care sunt extrem de rezistente la căldură, cum ar fi părțile fixe ale sistemului de circulație a uleiului, sau care sunt foarte flexibile şi, prin urmare, pot fi folosite ca piese mecanice ale motorului. o altă inovație revoluționară a companiei germane din industria chimică este janta din material plastic de înaltă performanță, care permite o reducere semnificativă, de trei kilograme, a greutății fiecărei roți.

Spre deosebire de materialele tradiționale compozite pe bază de poliamidă, acest nou material plastic conține o armătura din fibre lungi de sticlă care conferă o toleranță majoră la deformare. roți din material plastic au fost pregătite pentru maşina electrică smart forvision, dezvoltată împreună cu daimler. Această maşină mică pe patru roți are uşi şi alte elemente de şasiu confecționate dintr-un material compozit de înaltă performanță, o răşină epoxidică cu armătură din fibră de carbon, datorită căruia maşina cântăreşte jumătate din greutatea unei maşini fabricate din materiale tradiționale. Această maşină este dotată cu cele mai recente inovații din industria auto, şi anume:

FolIe cAre reFlectĂ rAZele InFrAroșII

cAdru coMpoZIt de ÎnAltĂ perForMAnțĂ

o nouă folie reflectorizantă cu infraroşu este aplicată pe parbriz şi geamurile laterale pentru a preveni încălzirea maşinii în interior.

Scaunele şi alte componente, precum uşile, sunt fabricate din răşină epoxidică cu armătură din fibră de carbon – un material compozit de înaltă performanță. Astfel de materiale permit o reducere a greutății de peste 50% în comparație cu oțelul.

SpuMe IZolAtoAre de ÎnAltĂ perForMAnțĂ

Spumele de înaltă performanță de la BASF sunt montate în panourile caroseriei. ele ajută la crearea unui climat plăcut în interiorul maşinii.

63

VopSele cAre reFlectĂ rAZele InFrAroșII

plAFon SolAr trAnSpArent

JAnte În totAlItAte dIn plAStIc

Vopselele care reflectă razele infraroşii şi care sunt rezistente la zgâriere ajută sistemul de gestionare a temperaturii. datorită pigmenților speciali BASF, componentele închise la culoare dininterior sunt protejate împotriva încălzirii.

chiar şi în condiții slabe de iluminat, celulele fotovoltaice organice (oFV) hexagonale, transparente, generează suficientă energie pentru a alimenta dispozitivele multimedia şi ventilatoarele care ajută la gestionarea climatului. oled-urile transparente (diode organice emițătoare de lumină) iluminează interiorul când uşa este deschisă sau la apăsarea unui buton. când sunt oprite, permit o vedere clară în exterior.

prima jantă din lume în totalitate din plas-tic, fabricată dintr-un material de înaltă performanță, a redus greutatea fiecărei roți cu trei kg. noul material plastic are proprietăți îmbunătățite: stabilitate termică şi chimică excelente, rezistență la vibrații, rezistenţă la şoc şi bune caracteristici de operare continuă.

64

ScAune conFortABIle MultIFuncțIonAle

e-textIle

Scaunele oferă o combinație unică între gestionarea temperaturii şi un design uşor. un nou cadru de susținere din plastic formează baza scaunului. Spuma scaunului oferă atât confort, cât şi o greutate redusă. Materialul textil conține super absorbanți care sporesc confortul şi mai mult, prin absorbția umidității.

e-textilele sunt materiale subțiri cu straturi conductoare adaptate. Aceastea înlocuiesc sistemul convențional de încălzire. cu încălzirea directă aproape de corp, în spătarele scaunelor, acestea conferă un sentiment plăcut de căldură.

65

oamenii de ştiință lucrează de mult timp la crearea unei maşini care funcționează cu alt fel de combustibil, decât cu benzină sau motorină. până în prezent, bioetanolul şi biomotorina sunt cei mai obişnuiți combustibili alternativi. Aceştia sunt fabricați din plante produse special în acest scop, şi nu din surse de energie fosilă provenite din adâncurile pământului. pentru producerea bioetanolului, sunt folosite aşa-numitele culturi energetice, cum este sfecla roşie sau porumbul, în timp ce biomotorina este produsă din plante cu un conținut mare de ulei, în majoritatea cazurilor din rapiță sau floarea soarelui. totuşi, aceşti combustibili au nevoie de cantități imense de plante pentru a fi fabricați:

pentru a produce 100 litri de bioetanol este nevoie de o cantitate mai mare decât ar putea mânca un om într-un an. din acest motiv, biocombustibilii nu pot fi considerați cu adevărat ecologici – deşi o maşină emite mai puține substanțe poluante cu combustibili vegetali.cel mai promițător combustibil nu este altul decât aerul. peugeot şi citroën au dezvoltat împreună o maşină hibrid care este propulsată de un sistem hidraulic cu aer comprimat. de asemenea, maşina are un motor pe benzină care intră în funcțiune la sarcini mari – cum este mersul în pantă sau la viteze mari. Maşina denumită Hybrid Air va fi comercializată începând cu anul 2016.

oamenii vor renunța la modul de abordare a maşinii ca o proprietate personală şi folosirea în comun a maşinilor va deveni un lucru obişnuit. promotorii acestei abordări sunt rețelele pentru preluarea pasagerilor cu aceeaşi destinație. una dintre cele mai populare comunități de acest fel este uber, care este disponibilă acum în câteva țări central europene. În esență, este o aplicație mobilă care afişează şoferii disponibili din rețeaua uber aflați în vecinătate, pe care îi chemăm la fel ca pe un taxi – dar la un tarif mai mic şi uneori împărțind maşina cu alți pasageri. noile obiceiuri de utilizare a maşinilor necesită noi tipuri de maşini: maşina viitorului va fi mult mai uşoară decât modelele anterioare, va avea nevoie de

mai puțină energie şi va avea un impact mai mic asupra mediului. cu siguranță, deplasarea în interiorul metropolelor se va face cu ajutorul unor maşini fără şofer, pe rute predefinite, controlate prin GpS. Aceste vehicule prt (personal rapid transit - tranzit personal rapid) automate se vor deplasa pe şine sau rute magnetice şi vor avea maxim 3-6 pasageri, care pot selecta destinația de-a lungul unei rute predefinite. deşi poate părea futurist, mai mult de zece astfel de sisteme prt sunt deja operaționale în întreaga lume. cel mai vechi şi cel mai extins sistem prt este în universitatea west Virginia, şi transportă deopotrivă studenți şi vizitatori către un număr de destinații populare în tot oraşul. În plus, astfel de vehicule automate mici sunt folosite pe aeroportul Heathrow din londra şi Masdar city, eco-oraşul aflat momentan în construcție în emiratele Arabe unite.

Maşinile normale de pasageri fără un conducător auto nu mai sunt clişee SF: aflate în funcțiune de ani de zile, maşinile automate toyota prius ale Google nu numai că înregistrează imagini ale şoselelor, dar hărțile lor computerizate vizualizează semnele de circulație, găsesc rute alternative şi văd semafoarele chiar înainte ca acestea să fie vizibile pentru o persoană. prin

utilizarea de lasere, radare şi camere, maşinile pot analiza şi procesa informații cu privire la mediul înconjurător mai repede decât poate un om. Inginerii Google au testat deja maşina lor fără conducător auto pe mai mult de 300,000 de kilometri de autostrăzi şi drumuri publice.

transportul public nu face excepție de la implementarea inovațiilor. În acest domeniu, trenurile magnetice, numite şi maglev, sunt cele mai promițătoare. Aceste vehicule sunt ecologice în totalitate, fiind menținute pe şine şi propulsate de câmpuri magnetice. Folosind această tehnologie, trenurile pot călători cu o viteză de peste 400 km/oră, în siguranță şi aproape fără zgomot. În prezent, trenurile maglev sunt folosite în Germania, Japonia şi china, cel mai rapid dintre ele acoperind o distanță de 30 km în 7 minute. cu un tren tradițional, durata putea fi şi de trei ori mai mare.de asemenea, autobuzele electrice devin tot mai comune şi dezvoltatorii depun eforturi permanente de a le îmbunătăți caracteristicile. În olanda, de exemplu, se desfăşoară experimente pentru un super-autobuz, propulsat de o baterie litiu-polimer, care seamănă în mare măsură cu o maşină sport uriaşă şi poate transporta 23 pasageri la o viteză de 250 km/h.

ceVA nou pentru ÎnlocuIreA BenZIneI

noI perSpectIVe pentru trAnSportul VIItoruluI

deZVoltAtorII orAșelor VIItoru-luI conSIderĂ cĂ AtItudIneA noAStĂ FAțĂ de MAșInIle pentru pASAGerISe VA ScHIMBAIneVItABIl.

66

Fapte şi date

90% dintre locuitorii marilor oraşe folosesc transportul public în mod regulat

traficul aerian în continuă creştere constituie, de asemenea, o provocare pentru oamenii de ştiință: cum se poate face ca operarea aeronavelor să fie mai puțin poluantă. În fiecare zi aproximativ 90 de mii de zboruri transportă călători în întreaga lume, eliberând cantități mari de dioxid de carbon cu efect de seră şi consumând o cantitate mare de combustibil, kerosen, care este produs din ulei mineral. Aceste aeronave ard aprox. 30 de mii de litri de carburant în timpul unui zbor de două ore. Această cantitate de combustibil ar fi suficientă pentru a umple rezervorul unui autoturism mediu de şase sute de ori.

Înlocuirea kerosenului cu un combustibil alternativ ar fi un pas important în direcția realizării unui trafic aerian sustenabil. Biocombustibilii pentru aeronave sunt produşi în mai multe locații: în olanda, de exemplu, se intenționează dublarea capacității Bio-portului rotterdam până în anul 2020, cu obiectivul de a reduce emisiile de co2 ale aeronavelor cu 80% prin utilizarea de combustibil sustenabil. un alt proiect în curs de desfăşurare este numit “GreenSky london”, al cărui scop este de a utiliza aproximativ 500.000 de tone de deşeuri pe an pentru a produce 50.000 de tone de combustibil pentru aeronave şi aceeaşi cantitate de biomotorină.

traficul aerian nu a putut evita utilizarea energiilor regenerabile, dintre care cea mai evidentă este utilizarea energiei solare. Alimentarea cu panouri solare este deja realitate pentru aeronavele de mici dimensiuni. primul astfel de vehicul din lume, Solar Impulse, dispune de 17.200 de panouri solare pe aripile sale pentru a colecta energie şi a o transfera la motor. Acest aparat de zbor a zburat deja peste oceane şi va zbura în jurul pământului în 2015.

propulsarea aeronavelor mari de pasageri cu ajutorul panourilor solare este încă un vis. destul de recent, cercetătorii vor dezvolta o soluție hibrid ce va putea menține în aer o aeronavă mai mare utilizând diferite tipuri de energii regenerabile şi ecologice.

AcuM puteM AVeA șI cerul

MAșInA ZBurĂtoAre

prima maşină zburătoare a trecut de prima

încercare de zbor şi, în curând, va intra în producție de serie.

terrafugia transition are nevoie de 30 secunde pentru a se transforma dintr-o maşină normală

într-o aeronavă uşoară cu două locuri. cu rezervorul

plin, vehiculul poate parcurge o distanță în

zbor de 644km şi are o viteză de zbor de

185 km/h.

67

pila galvanică, bateria, pila de combustie – toate sunt asemănătoare din punct de vedere funcţional, şi anume toate includ transfer de electroni, adică reacții redox (oxido-reducere). esența producției de energie este faptul că preluarea şi eliberarea electronilor sunt separate în spațiu, astfel că electronii trebuie să se deplaseze de la anod (oxidare) la catod (reducere).

dacă pila galvanică rămâne fără un reactant, nu mai are capacitatea de a produce electricitate, ceea ce înseamnă că generarea de energie este un proces

cu un singur sens.

În cazul bateriilor, energia este produsă printr-un proces similar, dar procesul este reversibil electric, adică bateriile pot fi încărcate. de exemplu, în bateriile cu litiu, ionii de litiu migrează (li+) către electrodul negativ pe bază de carbon, în timp ce se încarcă şi trec spre electrodul pozitiv pe bază de oxid de metal, în timp ce se descarcă. În cele mai recente baterii litiu-polimer, electrodul lichid este înlocuit de un material plastic special, ceea ce permite fabricarea de surse de energie foarte mici şi flexibile.

cel mai mare avantaj al pilelor de combustie este faptul că acționează atât timp cât acestea sunt reumplute. Acest tip de combustibil este în mare parte hidrogen, dar există variante care funcționează cu metan şi metanol. procesul chimic este practic arderea combustibilului, dar nu în modul convențional: reactanții nu sunt în contact unul cu celălalt, transferul de electroni are loc printr-o membrană. din hidrogen se formează apă în timpul reacției, în timp ce din compuşii de carbon se formează dioxid de carbon.

ștIInțA În coMpArtIMentul MotoruluI

68

totodată, ştiința este responsabilă pentru producerea cantității şi calității corespunzătoare a alimentelor pentru populația în creştere a planetei şi toate acestea ar trebui realizate cu cel mai mic impact posibil asupra mediului, de-a lungul întregului lanț de aprovizionare.

citiți despre soluțiile ştiințifice inovatoare folosite în producția de culturi, următoarea generație de ambalaje alimentare şi aruncați o privire în culisele bucătăriei viitorului.

69

lAnțul AlIMentAr SuStenABIl

70

cum să hrănim generațiile viitoare?probabil că ştiința nu s-a confruntat niciodată cu o sarcină atât de dificilă ca în prezent. trebuie să pună bazele dezvoltării populației pământului, care creşte repede şi inegal. una dintre provocările cheie este furnizarea de hrană suficientă pentru omenire, în moduri cât mai sustenabile.

FoAMeteA șI SuprAconSuMul

cererea pentru alimente creşte semnificativ de la an la an. cererea pentru proteine animale creşte cu 2 milioane de tone pe an, în timp ce nevoia de cereale a omenirii creşte cu 25 milioane tone de grâne pe an. principalul motiv este creşterea populației: în fiecare an alte 80 milioane de guri trebuie hrănite. Faptul că supraconsumul este semnificativ în țările dezvoltate şi o mulțime de oameni cumpără cantități inutile de alimente care ajung la gunoi, contribuie, de asemenea, la cerința tot mai

mare de hrană. pe de altă parte, în țările în curs de dezvoltare există foamete, producția agricolă nu ține pasul cu creşterea populației, astfel că penuria de alimente este permanentă. și nu trebuie să uităm nici de oamenii care suferă nu din cauza cantității, ci din cauza calității alimentelor, ceea ce înseamnă că sunt subnutriți din cauza lipsei de proteine, vitamine şi micronutrienți.

Fapte şi date

Consumul anual al omenirii:7 miliarde tone de grâne – care au nevoie de 746 milioane hectare de pământ arabil 210 milioane tone zahăr 259 milioane tone de grăsimi

71

plAnetA MAMĂ ne oFerĂ AlIMente șI VIAțĂ

Într-un fel, pământul este în legătură cu hrana noastră: legumele, fructele şi chiar carnea, deoarece animalele consumă furaje produse pe pământ. dar există din ce în ce mai puține terenuri arabile, din cauza extinderii oraşelor şi totodată aglomerării lor, precum şi din cauză că rețele de şosele în extindere rapidă au nevoie de tot mai mult spațiu.

terenurile arabile se confruntă cu o altă problemă serioasă, eroziunea solului, ceea ce înseamnă că nutrienții din sol sunt

în cantitate mică. prin cultivarea plantelor, solul pierde azot, fosfor şi potasiu. cu secole în urmă, oamenii pur şi simplu lăsau terenul liber şi nu se mai planta nimic pe terenurile proaspăt recoltate. În prezent, un producător nu îşi permite acest lucru, deoarece producția trebuie să țină pasul cu cerințele în creştere. Astfel, pe lângă îngrăşămintele organice tradiționale, îngrăşămintele chimice, care sunt foarte bune pentru compensarea pierderii de nutrienți din sol, au un rol importantîn fertilizare.

72

78% din atmosfera pământului este formată din azot, care nu poate fi folosit direct de către plantele mai înalte. de exemplu, acestea folosesc nitrații din sol. dar aceştia pot avea efecte nocive dacă solul conține un volum mai mare de nitrati, care depăşeşte capacitatea de asimilare a plantelor. În acest caz, bacteriile din sol transformă nitrații în gaze cu efect de seră, numite protoxid de azot (n2o), care au un efect de trei sute de ori mai puternic decât dioxidul de

carbon. Inginerii cercetători de la BASF şi-au îndreptat recent atenția asupra acestei probleme şi au dezvoltat un inhibitor de nitrificare, care, amestecat cu îngrăşământul, optimizează procesul de nitrificare astfel încât concentrația de nitrați din sol să nu depăşească nevoile plantelor. Astfel, utilizarea îngrăşămintelor este mai eficientă şi se reduce semnificativ producerea de gaze cu efect de seră.

protecțIe InoVAtoAre A SoluluI ÎMpotrIVA ÎncĂlZIrII GloBAle

Fapte şi date

80% din soluri sunt deteriorate la nivel global degradarea solurilor este de 17 ori mai rapidă decât restaurarea lor75 miliarde tone de soluri fertile dispar anual de pe pământ.

73

pĂM

ân

turI AGrIcole cIrculAr

e

Agricultura sustenabilă presupune gestionarea zonelor de terenuri disponibile utilizând cea mai mică cantitate de apă şi energie în timp ce producția de deşeuri este redusă la minim, iar hrana pentru societate este produsă în cantitate suficientă. Industria agricolă a dezvoltat deja o serie de idei care pot face producția agricolă mai sustenabilă. dintre inițiativele majore menţionăm:

În zonele uscate, cu precipitații reduse, culturile sunt adesea cultivate pe parcele circulare. Această metodă se numeşte

irigare de tip pivot central. Avantajul său este că foloseşte mai puțină apă decât tehnicile

de irigare convenționale.

Inginerii agronomi şi dezvoltatorii oraşelor viitorului au constatat că aprovizionarea cu alimente a cetățenilor ar fi mai economică, dacă unele recolte ar fi cultivate în oraşe, pentru că în acest fel fructele şi legumele nu ar trebui să fie livrate de la distanță mare în oraşe. din moment ce oraşele sunt aglomerate, plantele pot fi cultivate doar pe verticală, astfel ele sunt cultivate în blocuri-turn transformate în seră, pentru acest scop. În afară de aceasta, tot mai multe grădini ornamentale pot fi văzute pe zidurile caselor. pe lângă funcția lor estetică, acestea joacă şi un rol în curățarea aerului din oraş.

Aquaponics - sistemul de producție de alimente ce combină creşterea intensivă a peştilor în bazine (acvacultură) cu cultivarea recoltelor în apă (hidroponics) - joacă un rol important în revoluția agricolă. un dispozitiv de circulație a apei operează un sistem închis care pompează apă în bazinele pentru peşti (apă ce conține excreții organice ale animalelor) către rădăcinile plantelor, care preiau nutrienții din această apă. recoltele sunt cultivate în tăvi umplute cu pietriş sau bile de lut printre care apa curge uşor, iar apa curată se întoarce în bazinele cu peşti, de unde reîncepe procesul. cel mai mare avantaj al aquaponics este că sistemul este aproape în întregime autoreglat; eficienţa poate fi îmbunătăţită prin adăugarea de bacterii şi completarea apei evaporate.

În regiunile mai reci, serele sunt deseori construite în pământ. Aceste sere combină beneficiile încălzirii solare pasive şi a construcțiilor earthship: capacitatea de izolare a pământului este foarte bună, astfel că aceste case păstrează căldura solară care intră în casă prin ferestre. În acest fel, se creează un mediu cald, luminos şi stabil pentru creşterea plantelor, care este disponibil pe tot parcursul anului.

proVocAre GloBAlĂ: A FAce AGrIculturA MAI SuStenABIlĂ

Gr

Ăd

InA

Ve

rtI

cA

lĂ

AquAponIcS

SerA SuBterAnĂ

74

știați că?În ultimii ani, au fost create grădini publice pe clădirile rezidențiale din mai multe orașe mari din Europa, unde rezidenții cultivă legume, ierburi aromate și fructe pentru consumul propriu. De asemenea, există locuri unde este permisă creșterea păsărilor și a albinelor.

•

Inginerii pentru dezvoltare, care efectuează studii pentru a menține producții ridicate cu un consum redus de apă sau în condiții meteo extreme, sunt implicați activ în lupta pentru sustenabilitate. divizia pentru protecția plantelor de la BASF se află în avangarda acestei activități de cercetare. ei au dezvoltat plante rezistente la stres, care, de exemplu, sunt mai rezistente la secetă. cercetătorii au examinat cactuşii şi muşchii care trăiesc în regiuni calde şi aride şi au identificat peste 100 de gene responsabile pentru toleranța extinsă a plantelor la stres. Studiile arată că plantele cu astfel de gene pot supraviețui fără apă timp de două săptămâni, în timp ce „plantele normale” se usucă. recent, dezvoltatorii au dezvoltat plante-hibrid, care ne-ar putea ajuta să

obținem această toleranță la secetă în culturile agricole. În plus, inginerii BASF au dezvoltat produse care ajută plantele să fie mai rezistente la boli şi efectele mediului, astfel că se poate obține un randament mai bun. totodată, ştiința poate contribui la obținerea unei valori nutritive ridicate a alimentelor, ceea ce este foarte importat pentru țările în curs de dezvoltare, unde subnutriția este foarte frecventă. Grupul de cercetare în nutriție al BASF produce mai multe ingrediente care pot fi folosite pentru fortificarea alimentelor. Aceste ingrediente funcționale includ vitamine şi carotenoide, precum şi acizi graşi omega 3. Aceste ingrediente pot fi folosite fie sub formă lichidă, fie solidă în alimente cum sunt cerealele, produse lactate

precum iaurturile de băut, produse nutritive pentru bebeluşi şi copii.

compania germană este atât de dedicată sustenabilității, încât a creat o metodă pentru evaluarea holistică a sustenabilității în agricultură, numită AgBalance™. Aceasta evaluează 69 de indicatori din trei dimensiuni – mediu, societate şi economie. de exemplu, AgBalance ia în considerare echilibrul nutritiv al solului, biodiversitatea speciilor care trăiesc în zona respectivă, plus reziduurile din alimente şi furaje, ca şi costurile fixe şi variabile. primul studiu AgBalance a analizat producția de rapiță în Germania între 1998 şi 2008; rezultatele arată că performanța generală pentru sustenabilitate s-a îmbunătățit cu 40%.

cuM poAte AJutA BIoteHnoloGIA?

75

Agricultura de precizie este un obiectiv urmărit de mult timp. Aceasta înseamnă că fertilizarea, stropirea, irigarea şi recoltarea se pot face cât mai precis posibil. Astfel, cantitatea de pesticide, precum şi combustibilul folosit de combinele agricole pot fi reduse; în plus, combinele vor polua mediul mai puțin, în cazul în care urmează rute exacte. de aceea utilizarea GpS-ului în managementul vehiculelor agricole este atât de răspândită, dată fiind uşurinţa şi precizia cu care parcelele pot fi explorate cu ajutorul lor.

Acest domeniu oferă multe oportunități interesante. combinând mai multe tehnologii şi domenii de cercetare se poate ajunge la soluții extrem de interesante, cum ar fi aplicarea nano-norilor. de fapt, aceştia sunt senzori mici care pot detecta factorii de mediu care afectează recolta, cum ar fi vântul, umiditatea, temperatura şi conținutul de umiditate a solului, pe un teren de până la 30 de acri. Astfel de senzori de înaltă tehnologie, fără fir au fost deja folosiți cu succes în podgoriile din california.

un alt dispozitiv este drona, utilizată la scară din ce în ce mai largă, care este un vehicul aerian fără pilot controlat de la distanță, care ajută fermierii să “parcurgă” terenul propriu din aer, pentru a avea o imagine de ansamblu mai bună asupra culturilor lor. planoarele de investigație uşoare, care zboară la joasă înălțime pot face fotografii detaliate ce arată agricultorilor în timp util unde şi cât de mult ierbicid au nevoie şi unde trebuie să irige. cele mai avansate drone realizează fotografii în infraroşu, de înaltă rezoluție, frunzelor, care arată dacă planta primeşte sau nu o cantitate suficientă de apă şi nutrienți. În plus, dronele sunt totodată utilizate în Japonia pentru stropire; în acest fel, plantele primesc şi substanţele de care au într-adevăr nevoie.

drone șI nAno-norI deASuprA câMpurIlor

76

Se pare că situația nu poate fi rezolvată doar prin reducerea producției, ci sunt necesare soluții mai radicale, unde ştiința poate ajuta. cercetătorii experimentează în laborator cu producția de carne de animale încă din 2008. prelevează mostre de țesut de la două bovine vii obişnuite, şi încep să crească țesut muscular din această cultură de celule. de exemplu, o carne de hamburger conține 20 de mii de fibre musculare. carnea produsă în acest fel nu este modificată genetic; celulele sunt la fel, ca şi cum ar fi “evoluat” în modul convențional, ca parte a unui animal viu. procesul este foarte eficient, deoarece de la o singură probă pot fi produse 20 de mii de tone de carne de vită. Această metodă ar reduce utilizarea terenurilor şi a apei pentru creşterea animalelor cu 90%, iar energia consumată cu 70%. deşi, este nevoie încă de o mulțime de studii pentru a produce cu succes carnea pentru consumul uman în laboratoare, motivația este dată: o organizație de protecție a animalelor, petA, a înființat un premiu de milioane de dolari pentru prima echipă de cercetare, care produce cu succes carne de pui comestibilă.

Fapte şi date

70% - din terenul arabil disponibil la nivel modial este folosit de fermele de animale50% - Jumătate din apa potabilă este consumată de animalele din ferme 50% - Animalele din ferme sunt responsabile pentru jumătate din gazele cu efect de seră.

77

Algele reprezintă unele dintre cele mai promițătoare plante care ar putea salva lumea de la foamete. Având în vedere că algele sunt plante acvatice, acestea cresc mult mai repede. datorită acestui fapt, un hectar de alge poate produce aceeaşi cantitate de proteine ca 21 de acri de soia sau 49 acri de porumb. În plus, biodiversitatea algelor este imensă: există peste 800 de mii de specii de alge. de asemenea, există alge unicelulare şi alge multicelulare, aşa cum este giganticul kelp cu o lungime de 60 m. Algele produc carbohidrați, uleiuri, proteine, vitamine, coloranți şi materiale organice. Acest lucru permite utilizarea extensivă a algelor în diverse industrii, cum sunt industria alimentară, a furajelor, cosmetică, farmaceutică, dar şi în producția de biocombustibili. de asemenea, au şi o altă importanță: 90% din oxigenul planetei este produs de alge prin fotosinteză, astfel că materialele derivate din alge sunt potrivite pentru absorbția dioxidului de carbon.

Algele cultivate în fotobioreactoare pot fi folosite pentru a produce agenți foarte importanți, deoarece modificarea condițiilor optime cauzează reacție la stres, care de multe ori duce la producția unei materii noi, sau la creşterea bruscă a producției unei materii deja produse. Astfel de sisteme sunt, de exemplu, bioreactoarele care pot produce hidrogen. Se cunoaşte de mult timp că unele alge verzi pot produce hidrogen: în anumite circumstanțe, ele consumă substanțele nutritive produse în timpul fotosintezei, proces care se numeşte biofotoliză. lipsa de sulf şi oxigen generează o astfel de creştere a producției de hidrogen, care face posibilă producerea de energie (deficiența de sulf „opreşte fotosinteza”; astfel, procesul de generare a energiei, în care este produs şi hidrogenul, devine mai important pentru alge.) Au fost create multe brevete pentru producerea de substanțe active (cum ar fi ingrediente pentru medicamente, suplimente nutritive ), printre care unul dintre cele mai semnificative este uleiul de alge, care este foarte sănătos: acesta conține o mulțime de componente nesaturate, dar ca urmare a unui anumit stres, raportul de acid gras omega 3 creşte semnificativ. Aportul de acizii graşi omega 3 este extrem de important, cu toate acestea, mulți oameni nu consumă suficient şi raportul omega 3 / omega 6 este, de asemenea, schimbat.

AlIMentul VIItoruluI: MIcroAlGele

FotoBIoreActor

Propagarea microalgelor la scară industrială este posibilă numai în mod artificial în climatul nostru. Prin urmare, algele sunt produse în sisteme închise, în care producția este optimizată prin combinarea de lumină artificială și naturală și temperatură. Aceste echipamente sunt numite fotobioreactoare.

78

Ambalajele inteligente ale viitorului pentru alimente

În prezent, activităţile de cercetare şi dezvoltare în domeniul ambalării alimentelor sunt la fel de intense precum cele din domeniul producerii lor. Inovațiile şi soluțiile de înaltă tehnologie presupun că ambalajele de carton, foliile şi sticlele asigură menținerea alimentelor proaspete şi în siguranță. totuşi, în afară de siguranța alimentelor, şi protecția mediului trebuie să constituie o prioritate ce motivează cercetătorii să dezvolte noi tehnologii.

o nouĂ erĂ A AMBAlAJelor

există mai multe motive pentru cantitatea tot mai mare de ambalaje alimentare la nivel mondial. peste jumătate din populația lumii trăieşte în oraşe unde există puține opțiuni pentru creşterea independentă a hranei. Astfel, cei 3,5 miliarde de locuitori ai oraşelor trebuie să îşi cumpere produsele din afara casei şi de obicei, acestea sunt ambalate. În plus, numărul tot mai mare de gospodării cu o singură persoană, care preferă porții mai mici, şi tendința în creştere de a mânca în mers, între două întâlniri, determină creşterea volumului de alimente ambalate. din nefericire, ambalajele alimentare ajung la gunoi aproape imediat după deschidere şi un procentaj semnificativ

din ele, cum este cazul plasticului, sticlelor de plastic sau dozelor de băuturi, de exemplu, au nevoie de decenii multe pentru a se degrada.

În plus, surprinzătoare este nu doar cantitatea de ambalaje, dar şi cea de resturi de mâncare, în special în țările dezvoltate. Aruncăm resturile de alimente adunate în timpul preparării mesei, dar şi mâncarea pe care nu o mâncăm. lucrul cel mai trist, totuşi, este că aruncăm cea mai mare parte a mâncării împreună cu ambalajul: alimentele pe care nu le mâncăm la timp vor fi aruncate, fără ca măcar să deschidem ambalajul.

Fapte şi date

1,3 miliarde -numărul de tone al producției de alimente – aproximativ o treime din total – pierdute sau risi-pite în fiecare an la nivel mondial.95–115 kg - cantitatea de alimente comestibile pe persoană care este pierdută sau risipită anual în țările industrializate.

79

Ambalajele inteligente ale viitorului pentru alimente

cercetătorii abordează această problemă complexă prin introducerea unor soluții inovatoare în domeniul ambalajelor. unul dintre principalele lor obiective este de a reduce semnificativ cantitatea de alimente risipite, prin mărirea perioadei de timp în care produsele alimentare rămân proaspete în ambalajul lor. Acest lucru poate fi realizat prin izolarea alimentelor de oxigen, prevenind bacteriile de descompunere să se înmulţească. divizia pentru materiale plastice a BASF a dezvoltat materiale compozite speciale, care sunt utilizate în principal pentru ambalarea în caserolă a feliilor de carne, cârnați şi brânzeturi. caserola, care este în contact cu produsele alimentare, este o poliamidă dură şi flexibilă în acelaşi timp, şi ceea ce este mai important: reține oxigenul şi

dioxidul de carbon. Folia superioară este pe bază de BopA (poliamidă orientată Biaxial), care este extrem de flexibilă, rezistentă la rupere şi stratul interior serveşte ca o barieră împotriva aerului.

o altă tehnologie de ambalare pentru păstrarea prospețimii este ambalarea în atmosferă modificată sau MAp. cu această tehnologie, aerul din jurul produsului comestibil este înlocuit cu o atmosferă protectoare adaptată special pentru alimente. un exemplu este amestecul de azot şi dioxid de carbon. Aceste două gaze cu reactivitate lentă înlocuiesc oxigenul şi încetinesc creşterea germenilor, fără utilizarea conservanților.

pe lângă păstrarea igienei, un alt obiectiv

semnificativ al cercetătorilor din industria alimentară este producerea de ambalaje ecologice. Acesta este scopul deservit de materialul plastic biodegradabil: un material tot mai des întâlnit, având în vedere că multe plase şi pungi de gunoi sunt fabricate din el. compania chimică BASF este un lider şi în dezvoltarea materialelor plastice degradabile. poliesterul ecoflex®, produs cu ajutorul bacteriilor şi ciupercilor, apei, monoxidului de carbon şi biomasei, se descompune în câteva săptămâni fără a lăsa reziduuri. ecoflex® este folosit ca şi strat de acoperire pentru paharele de hârtie, folie auto-contractabilă pentru alimente şi, de asemenea, pentru a fabrica pungi care pot fi folosite pentru compostare acasă.

80

cuM FuncțIoneAZĂ coMpoStAreA?compostarea este un proces biologic

în timpul căruia deşeurile organice (cum sunt resturile de mâncare, ceai, resturi

vegetale din grădină) se transformă într-o substanță asemănătoare humusului, ca

rezultat al descompunerii naturale. Această substanță este numită compost, şi poate

fi folosită, de exemplu, pentru a îmbunătăți fertilitatea solului.

știați că?Şi aditivii pot ajuta la fabricarea unor materiale de ambalare reciclabile, creșterea ciclurilor de reciclare, reducerea necesarului de materiale. Produsele BASF care contribuie la atingerea obiectivelor de reducere a necesarului de materiale și creșterea ciclurilor de reciclare includ aditivi care fac materialul plastic mai elastic și mai rezistent la îmbătrânire și rupere. Aceștia sunt folosiți în procese precum reciclarea sticlelor PET pentru băuturi. Aditivii BASF din gama Joncryl® garantează faptul că materialul reciclat atinge calitatea unui nou PET. Mai mult, substanțele chimice pentru hârtie de la BASF permit fabricarea unor noi tipuri de hârtie și carton din fibre reciclate.

•

AMBAlAJul: InSpectorul IntelIGent Al AlIMentelor

este dificil să se determine exact data de expirare a produselor alimentare perisabile, deoarece depinde în mare măsură de temperatura de depozitare. un produs alimentar poate expira mult mai repede la 8-10˚c în frigider, decât la 0˚c. de aceea, s-au creat indicatori inteligenți care detectează imediat alimentele care nu mai sunt comestibile. oamenii de ştiință elvețieni construiesc „sisteme olfactive” în ambalajele alimentelor pentru a monitoriza calitatea alimentelor. Sistemul măsoară temperatura, umiditatea şi schimbările de parametri. conținutul de etilen se modifică atunci când fructul se coace, în timp ce apariția hexanolului indică expirarea valabilității. dar senzorii detectează prezența altor agenţi patogeni şi efectele radiațiilor uV, ca şi

scurgerile, uscarea şi alte deteriorări ale ambalajului. decolorarea ambalajelor indică valori necorespunzătoare şi e posibil ca ambalajele să nu mai poată fi deschise.

dilema datei de expirare nu ocoleşte nici alimentele înghețate, deoarece nu putem fi siguri dacă acel aliment a fost congelat în mod corespunzător. Indicatorul timp-temperatură dezvoltat de BASF ne ajută să monitorizăm alimentele pe drumul de la producător la comerciant, astfel încât clienții îşi pot da seama dintr-o simplă privire asupra etichetei dacă produsul a fost menținut constant în stare congelată şi depozitat corespunzător până a ajuns în congelatorul clientului. pentru imprimarea etichetelor onVu™ Ice este folosită o cerneală termosensibilă; cu cât

culoarea este mai închisă, cu atât mai bine a fost păstrată temperatura joasă pentru alimentele răcite şi congelate.

o altă tehnologie care ne poate ajuta să verificăm starea reală a alimentelor este identificarea prin frecvență radio (rFId). cipurile electronice amplasate pe ambalaje şi care înlocuiesc codul de bare tradițional stochează toate informațiile importante despre aliment, inclusiv ingredientele, substanțele alergene conținute şi, desigur, data de expirare. cipurile rFId pot fi citite rapid şi simplu şi pot fi folosite pentru a afla când a fost produs exact un anumit aliment şi care este ruta prin care a ajuns la locul de comercializare.

decolorarea ambalajelor indică valori necorespunzătoare şi e posibil ca ambalajele să nu mai poată fi deschise.

81

MâncĂM șI AMBAlAJul ??

SenZAțIonAl: prIMA doZĂ cu Auto-rĂcIre dIn luMe

doza cu auto-răcire poate reduce temperatura unei băuturi cu 1˚c în trei minute. chillcan conține o cameră cilindrică ce conține co2 la presiune mare, terminându-se cu o valvă care se extinde la baza dozei şi este închisă cu un buton. când utilizatorul apasă pe buton, valva se deschide şi gazul co2 este eliberat prin partea inferioară a dozei, în exterior. pe măsură ce gazul se dilată, absoarbe căldura din lichidul înconjurător, coborând temperatura. doza specială – conținând o băutură energizantă – este deja comercializată pentru publicul larg în State unite ale Americii.

potrivit unora, noile generații de ambalaje vor fi diferite, chiar şi din perspectiva utilizării: nu numai că vor păstra alimentele, dar vor fi, de asemenea, comestibile ca atare. deschizătorul de drumuri în acest domeniu este dr. david edwards de la Harvard, profesor de practică în Ingineria Biomedicală. edwards, împreună cu echipa sa de oameni de ştiință au creat o membrană comestibilă fabricată din polimeri biodegradabili şi particule de alimente care ar înlocui ambalajele tradiționale, precum celofanul sau cartonul. Membrana comestibilă sau „wikicell” acționează ca o „sticlă” naturală, similar felului în care coaja sau pieliţa unui fruct protejează pulpa de dedesubt. edwards consideră că este posibilă stocarea oricăror arome în interiorul unui wikicell. până în prezent, echipa sa a creat o membrană de roşii ce conține gazpacho, o membrană de struguri cu vin în interior, şi diverse alte membrane asemănătoare. edwards a dezvoltat, de asemenea, o sticlă prototip cu un strat protector similar cu o coajă de ou, care poate fi desprins sau consumat în întregime, împreună cu membrana de dedesubt.

Această substanță tip membrană seamănă cu capsulele de detergent la modă în prezent, în care detergentul lichid se află încapsulat într-un material plastic transparent , tip folie, care se dizolvă în maşina de spălat în timpul spălării ca urmare a contactului cu apa şi rufele.

deşi acum pare într-adevăr de neimaginat să muşcăm dintr-un sandwich, împreună cu ambalajul acestuia, ambalajele comestibile vor avea cu siguranță un rol important în viitor. diverse echipe de cercetare lucrează la dezvoltarea de materiale pentru ambalaje comestibile în diferite părți ale lumii - care pot fi folosite pentru a ambala băuturi răcoritoare, dulciuri şi chiar carne proaspătă.

82

deSIGn-ul În SerVIcIul AMBAlAJuluI SuStenABIl

Aşa cum arată paragrafele de mai sus, a trecut timpul când unica funcție a ambalajelor alimentare era doar de a stoca produsele şi, probabil, de a atrage atenția clienților cu aspectul lor atractiv. desigur, acesta din urmă este important - dar, astăzi principala preocupare a designer-ilor este de a deveni primii în crearea unui ambalaj care este extrem de funcțional şi natural în acelaşi timp. datorită eforturilor depuse în acest sens, cantitatea de ambalaje alimentare fabricate din hârtie reciclată este în creştere, acestea fiind preferate pentru ambalarea produselor bio. cercetătorii au avertizat, însă, că aceste materiale reciclate pot conține reziduuri de cerneală şi, astfel, uleiuri minerale dăunătoare. din acest motiv, din considerente de siguranță alimentară, un strat subțire protector trebuie să fie plasat între hârtia reciclată şi produsele alimentare pe care le conține.

„Sticla inteligentă” poate avea, de asemenea, un aspect impresionant pe rafturile

magazinelor, oferind tranziția de la recipiente tradiționale rigide la pungi flexibile pentru ambalare. este fabricată din folii flexibile. Foloseşte izolatoare plate şi solide la colțuri pentru a oferi rigiditate, menținând forma recipientului. Această configurație oferă un ambalaj care se transportă pliat înainte de umplere şi reduce amprenta de deşeuri atunci când este golit.

Arta proiectării ambalajelor presupune, de asemenea, etichetarea şi tipărirea. Vopselele nocive, pe bază de uleiuri, sunt înlocuite tot mai mult cu vopselele ecologice, pe bază de apă. În proiectarea etichetelor, principala inovație va fi obținută o dată cu apariția primei imagini holografice pe ambalaj. Sună SF? ei bine, mai multe grupuri de oameni de ştiință lucrează la o astfel de soluție şi ambalajele cu imagini în mişcare au fost deja implementate în proiecte experimentale. Motivul pentru care nu le vedem în magazine, este faptul că niciun producător nu le foloseşte, acestea fiind încă foarte scumpe.

știați că?Japonia este citadela ambalajelor pentru produse alimentare: este sursa multor tipuri de ambalaje premiate în domeniu. În Japonia, deseori se introduce bambus sau alte materiale de origine vegetală în ambalaje și chiar în farfurii, iar bețele pentru mâncat sunt fabricate tot din fibre de bambus, în majoritatea cazurilor. Japo-nezii au devenit lideri nu numai în utilizarea materialelor, ci și în tehnologie. Una dintre inovațiile cheie este Sistemul de Congela-re pentru Păstrarea Prospețimii, care este folosit pentru ambala-rea peștelui crud. Acest sistem de congelare rapidă utilizează atât curent alternativ, cât și continuu, „potențial electric” ridicat, în același timp cu răcirea rapidă a produsului fără oxidare, reducând mărimea cristalelor de gheață care se formează în celulele alimentelor.

•

83

ștIInțA conGelĂrII

Mărimea cristalelor de gheață care se formează în timpul procesului de congelare determină în mare măsură calitatea alimentelor înghețate, deoarece cristalele mari deteriorează peretele/membrana celulară, astfel că după dezghețare alimentul nu îşi mai recapătă forma inițială. cristalele mici au un efect de deteriorare mai mic. Mărimea cristalelor care se formează în timpul congelării – sau când se precipită din soluție – depinde de viteza a două procese: viteza formării de nuclee şi a creşterii cristalelor. dacă primul proces este rapid şi al doilea este lent, se nasc o mulțime de cristale mici sau chiar microscopice; în caz contrar, se formează câteva cristale mari – în natură, există chiar cristale gigant, care cântăresc câteva tone. răcirea rapidă creşte ritmul de formare a nucleelor, de aceea este preferată în tehnologia alimentară. pentru a realiza acest lucru, cel mai potrivit este azotul, care poate răci alimentele până la -196°c. cantitate crescută de amine biogene poate indica deteriorarea alimentelor bogate în proteine. Aminele biogene se formează din aminoacizi (produşi ai hidrolizei proteinelor) prin decarboxilare în timpul procesului de fermentație şi deteriorare. produsele fermentate (cum ar fi brânza şi vinul) conțin întotdeauna substanțe care sunt toxice în cantități mari. Valoarea totală a celor patru amine biogene majore - histamina, tiramina, putresceina şi cadaverina (acesta din urmă este “deşeu toxic”) - indică alterarea produselor din carne. deja există astfel de ambalaje inteligente sau mici autocolante adezive care indică valoarea crescută a acestor amine cu o schimbare de culoare, ceea ce înseamnă că produsul din carne este stricat.

produsele fermentate (cum ar fi brânza şi vinul) conțin întotdeauna substanțecare sunt toxice încantități mari.

84

știința în bucătărie Inovațiile ne fac viața de zi cu zi mai uşoară în multe feluri. la fel se întâmplă cu alimentele noastre, care sunt şi ele supuse dezvoltării, la fel ca toate aspectele vieții noastre. Alimentația şi gastronomia vor trece printr-o asemenea transformare în următoarele decenii, încât nici măcar nu vom şti ce se află în farfuria noastră.

BucĂtĂrIe IntelIGentĂ, ApArAte IntelIGente

dezvoltarea aparatelor de uz casnic, la fel ca orice alt domeniu, este determinată de nevoile în schimbare ale oamenilor. Vrem să ne petrecem tot mai puțin timp cu prepararea alimentelor, dar totodată dorim să mâncăm mese sănătoase şi hrănitoare, care sunt delicioase şi arată bine. În afară de aceasta, ne dorim, de asemenea, să avem aparate de înaltă tehnologie în bucătărie, pentru că ne-am obişnuit deja cu ele în alte domenii. echipamentele bucătăriei viitorului vor încerca să atingă aceste obiective, pe care, probabil, le vom găsi fascinante, la fel cum bunicile noastre au fost uimite când au întâlnit frigiderul sau cuptorul cu microunde pentru prima dată.

Bucătăria viitorului ne va aminti de laboratoarele bine dotate, în care aparatele inteligente sunt de fapt diferiți senzori, care, de exemplu, ne

vor recunoaşte vocea când intrăm în bucătărie şi lumina se va aprinde automat. Bucătăria noastră va cunoaşte obiceiurile noastre alimentare şi va recomanda alimente, băuturi şi în general o dietă sănătoasă pe care bucătarul nostru holografic o recomandă. cu ajutorul unui ecran tactil vom selecta zona plitei pe care dorim să o încălzim şi ne vom produce propriile legume în hidroponics, adică o „grădină de bucătărie” fără sol.

Instrumentele vor fi capabile să comunice unul cu celălalt, astfel că, dacă am alege o rețetă de friptură de vită din cartea de bucate digitală, frigiderul inteligent va începe imediat programul de decongelare a cărnii. Vorbind de frigidere, inginerii proiectează deja frigidere despre care am putea gândi o mulțime de lucruri la prima vedere, cu excepția faptului că

dispozitivul ar trebui să fie în bucătărie. o astfel de idee unică este conceptul Bio robot refrigerator care utilizează o substanță specială de tip gel care suspendă şi răceşte mâncarea introdusă. nu numai aspectul, dar şi modul de funcționare a acestui frigider premiat este neobişnuit, deoarece nu dispune de un motor sau o altă tehnologie tradițională ca cele mai multe frigidere, ci de un gel special biopolimer ce asigură răcirea chimică. pentru a utiliza frigiderul, pur şi simplu se introduce alimentul în acest gel, care nu are miros şi nu este lipicios, se suspendă şi se răceşte până avem nevoie de el din nou. Agenții de răcire sunt “roboți bio” încorporați în gel care folosesc luminiscența - lumina generată la temperaturi scăzute - pentru a păstra alimente. Aparatul foloseşte zero energie pentru răcire şi are nevoie doar de energie pentru panoul de control.

85

AșezAțIPeFrIgIder!

lecțII coMBInAte de GĂtIt șI cHIMIe

puțină sare, o mână de orez - cu siguranță nu vom auzi aceste expresii în bucătăria viitorului, în care temperatura va fi stabilită exact la jumătate de grad celsius, iar timpul de gătit va fi măsurat în secunde. desigur, aceasta nu înseamnă că trebuie să renunțăm la bucuria creativității şi experimentării în bucătărie, la ceea ce face din gătit o artă, dar viitorii maeştri bucătari vor fi ajutați de proceduri de gătit foarte diferite, care vor necesita o precizie aproape ştiințifică. procesele fizice şi chimice folosite în gastronomia moleculară au fost elaborate de către bucătari întreprinzători şi oameni de ştiință. În curând, vom fi capabili să copiem aceste procese. la baza acestui nou mod de preparare a meselor stă faptul că aroma deosebită şi textura minunilor alimentare sunt realizate din ingrediente, care sunt descompuse chimic în bucăți mici, cu tehnici speciale şi dispozitive de înaltă tehnologie. conceptul de bază este gătitul abordat din punct de vedere ştiințific, dar ca o activitate zilnică. rezultatul este o experiență nouă şi inovatoare de a lua masa. ca urmare a acestui proces, pot fi create feluri de mâncare extreme, cum ar fi budinca de mere cu spaghetti cu afine, chiftele de mazăre explozive sau spumă de zmeură moleculară.

Inginerii în materiale plastice de la BASF au creat frigiderul viitorului, bazat aproape exclusiv pe materiale plastice speciale. datorită plasticității materialelor, forma frigiderului-concept coolpure 1.0 nu este cubul obişnuit: este un obiect de design, care poate fi folosit pentru a sta jos în bucătărie. Materialele plastice au o bună capacitate de izolare, astfel că aceste frigidere sunt dispozitive care economisesc energie.

86

reForMe GAStronoMIce

termenul de gastronomie moleculară a fost creat când fizicianul nicholas Kurti l-a întâlnit pe specialistul în chimie fizică Hervé this. Specializarea fizicianului născut în ungaria, nicholas Kurti, era termodinamica şi acesta a efectuat o mulțime de experimente cu materiale la temperaturi extrem de scăzute. era dezamăgit de faptul că oamenii ştiau mai multe lucruri despre temperatura internă a stelelor, decât despre temperatura internă

a unei budinci de orez, aşa că a decis să familiarizeze publicul cu latura ştiințifică a artei culinare. el este cel care a creat termenul de gastronomie moleculară şi tot el este cel care a organizat prima conferință de Gastronomie Moleculară. credea cu tărie că fizica şi chimia nu pot fi separate de procesele din bucătărie. de aceea, a încurajat maeştrii bucătari să ia parte la această educație ştiințifică de nivel înalt.

dAr cuM șI dIn ce Sunt prepArAte AceSte SpecIAlItĂțI?

În afară de ingredientele normale de fiecare zi, precum legumele şi fructele, aveți nevoie şi de materiale care modifică forma şi textura obişnuită a ingredientelor. Aceste materiale şi procese de bază ale gastronomiei moleculare sunt folosite des de industria alimentară, deşi aspectul lor este mai puțin important acolo. În bucătăria moleculară, esența este că felul de mâncare trebuie să fie surprinzător, ceea ce înseamnă că gustul nu se potriveşte cu aspectul. Ați gusta dintr-un bol cu spaghetti dacă ați şti dinainte că are gust de coacăze roşii? Sau ați gusta caviar dacă ați şti că are aromă de vanilie în loc de aroma de peşte la care v-ați aştepta?

Acum, puteți să vă familiarizați şi cu câteva dintre procesele de modificare a texturii din gastronomia moleculară:

prin această metodă, lecitina este extrasă din ingredientele naturale cum sunt ouăle sau soia şi este folosită pentru spumare şi aerare, nu doar în gastronomia moleculară, ci şi în industria alimentară.

Aerarea

un aditiv folosit frecvent este pasta emulsifiantă care este produsă din

grăsimi animale şi vegetale. cu acest material, componentele care nu sunt miscibile (miscibil: care poate forma

(împreună cu altă substanță) un amestec omogen) pot fi combinate la nivel

coloidal, astfel obținându-se o aromă şi o textură uimitoare a alimentelor.

Sferificarea este o tehnică prin care lichidul devine gel şi poate fi prelucrat în sfere rotunde. Se pot obține două

tipuri de rezultate: prin gelificarea lentă, întregul lichid devine gelatinos, sau se pot crea sfere, care rămân lichide în interior.

Alginatul extras din alege şi clorura de calciu are proprietăți de sferificare,

deoarece aceste materiale formează un compus insolubil în apă care formează o membrană pe suprafața picăturii (soluția

de alginat colorat, aromat estepusă în contact cu soluția de

clorură de calciu).

EmulsionareSferificarea

87

Metilgelul, un material produs din celuloză, este folosit pentru

spumarea la cald a ingredientelor. principala sa caracteristică este că la peste 60˚c se gelatinizează, şi în

timpul răcirii va fi mai fin. ca urmare, este larg folosit în industria alimentară

pentru pregătirea alimentelor semipreparate, iar în arta culinară

este folosit ca şi adeziv.

pentru amestecarea materiilor prime cu polarități diferite, cum ar fi amestecarea completă a uleiului şi oțetului, este mai eficientă omogenizarea cu ultrasunete

decât amestecarea mecanică. oscilația undelor sonore între 20kHz şi 10MHz

determină mişcarea materialului la nivel molecular, astfel, pot fi amestecate

mai multe componente, şi pot fi create emulsii perfecte.

Fără îndoială, cel mai vizibil element al bucătăriei moleculare este baia în azot

lichid. la -196˚c, o varietate de alimente pot fi înghețate în azot lichid şi, în plus,

sunt acompaniate de o evaporare spectaculoasă. de exemplu, este suficient

să amestecăm ingredientele pentru o înghețată şi aceasta va fi răcită imediat dacă turnăm azot lichid peste ea. de

asemenea, putem congela rapid carnea pentru a o conserva.

Spumarea la cald

Omogenizare ultrasonică

Azotul lichid

88

știați că?Simțul tactil poate afecta gustul. Încercați! Gustați o linguriță de înghețată cu ochii închiși, în timp ce atingeți o bucată de catifea: veți avea senzația că înghețata este mai cremoasă. Apoi, frecați între mâini o bucată de glaspapir în timp ce gustați. Simțiți că textura înghețatei este mai granulară?

•

cAMpIonul MondIAl Al BucĂtĂrIeI MoleculAre

În prezent, tot mai mulți maeştri bucătari folosesc metodele gastronomiei moleculare, dar cel care a câştigat titlul de „world’s Best chef” este Heston Blumenthal. În restaurantul său din Anglia, oaspeții se pot bucura de preparate speciale, sorbet crocant de ceai verde şi limetă, somon marinat Mignon cu alge de mare japoneze şi maioneză de vanilie sau porridge de melci cupătrunjel verde.

1

89

SăgătIMÎNvId!

cea mai mare parte a proceselor culinare încep „la scară mare”, însemnând că mai întâi sunt aplicate în marile bucătării şi restaurante, şi abia mai târziu sunt disponibile pentru bucătarii amatori. la fel s-a întâmplat şi cu gătitul sous-vide, sau în vid, care a devenit tot mai căutat, inițial fiind folosit doar de maeştrii bucătari Michelin, dar s-a dovedit atât de practic, încât a început să se răspândească la scară largă. prin această procedură, pot fi preparate mese gustoase şi sănătoase care pot fi păstrate mai multe săptămâni. Metoda constă în faptul că ingredientele – carne sau legume – sunt ambalate în vid şi gătite în apă pentru o perioadă relativ lungă de timp, până la 72 ore, la o temperatură joasă, constantă de aproximativ 60°c. Vidul

este important deoarece absența aerului previne oxidarea mâncării, astfel că nu se decolorează şi nici bacteriile aerobe responsabile pentru degradare nu se pot înmulți în alimente.

Avantajul gătitului în apă la temperatură scăzută şi constantă este faptul că apa este capabilă să transfere căldura la produsele alimentare încet, dar constant, deoarece transportă căldura de zece ori mai eficient decât aerul. carnea devine mai gustoasă, deoarece degradarea termică a componentelor între 50 şi 60 de grade este mai mică, şi, de asemenea, grăsimea rămâne în produsele alimentare. nu în ultimul rând, nutrienții, mineralele, sarea şi vitaminele rămân, de asemenea, în produsele alimentare. desigur,

temperatura şi timpul de gătire diferă la fiecare ingredient; ele depind în principal de punctul de topire a grăsimilor din carne şi de proprietățile proteinelor. de exemplu, antricotul are nevoie de 24 de ore la 54,5 grade celsius pentru a fi gătit, dar pulpele necesită 4-8 ore la 71 de grade celsius..

unele alimente în vid, cum sunt legumele, pot fi consumate imediat, carnea trebuie doar prăjită în puțin ulei. totuşi, dacă doriți să consumați alimentele mai târziu, acestea trebuie răcite prin răcire şoc după ce sunt scoase din apă, ceea ce înseamnă că alimentele trebuie răcite brusc la mai puțin de 3 grade. Apoi, alimentele pot fi păstrate în siguranță timp de 21-40 zile.

Fapte şi date

50% - bucătării care folosesc regulat tehnica gătitului în vid economisesc 50% din energie.

90

cuM FuncțIoneAZĂ IMprIMAntA AlIMentArĂ 3d?Aparatele de tipărit 3d construiesc materiale speciale care sunt depozitate în casete, strat cu strat, care se solidifică între ele, şi, astfel, pot fi create obiectele 3d. o imprimantă alimentară 3d funcționează pe acelaşi principiu, singura diferență este că materialele din ca-sete sunt înlocuite cu materiale comestibile cum ar fi carbohidrați, pulberi de proteine şi vitamine. Imprimanta aşează aceste componente una peste cealaltă până ce mâncarea comestibilă este gata.

tipărirea ciocolatei sau a biscuiților nu mai reprezintă o problemă pentru companiile implicate în tipărirea ali-mentelor. recent, bine-cunoscutul producător american de biscuiți cu cacao, oreo, a introdus versiunea tipă-rită 3d a acestui produs. Acum, dezvoltatorii lucrează la crearea unor mâncăruri mai complexe, precum piz-za, pentru care aluatul trebuie copt în timpul tipăririi, iar roşiile şi alte ingrediente pot fi puse pe aluat numai după această procedură.

tIpĂrește-MIprânZul

tipărirea 3d este o tehnologie nouă care poate afecta mai multe aspecte ale vieții noastre, şi nu ocoleşte nici bucătăria. Metoda convenabilă şi rapidă a fost inițial

inventată pentru a produce piese prototip care au fost proiectate pe calculator pentru producția industrială,

dar mai târziu şi industria alimentară a descoperit această metodă. deşi mulți oameni nici măcar nu se gândesc să mănânce o friptură realizată de o

imprimantă 3d, imprimanta alimentară poate deveni în curând un dispozitiv de bază în bucătărie

91

cuM FuncțIoneAZĂ IMprIMAntA AlIMentArĂ 3d?

de ce eSte AceStA un dISpoZItIV Atât de reVoluțIonAr?

pe de o parte, risipa alimentelor poate fi oprită, având în vedere că materialele din casetele imprimantei nu se pot altera. În astfel de „casete alimentare” există carbohidrați, proteine, macro şi micro-nutrienți şi vitamine sub formă de pudră; perioada lor de valabilitate poate fi de până la 30 ani.un alt avantaj major al tipăririi alimentelor este faptul că permite o nutriție sănătoasă, personalizată şi diversă. rețeta poate fi schimbată imediat cu un singur buton, în funcție de consumator, care poate fi o persoană în vârstă, o femeie însărcinată, un copil sau o persoană cu o dietă specială. deci, atenția acestei noi bucătării nu este direcționată doar spre confort, ci şi spre un factor mai important: alimentația poate fi personalizată şi oamenii cu diete speciale pot fi mai uşor satisfăcuți.

știați că?Tehnologia tipăririi de alimente 3D este susținută de NASA care a intrat în contact cu una din companiile producătoare de imprimante. Acest lucru s-a întâmplat deoarece NASA s-a confruntat cu dificultăți în asigurarea cantității adecvate de hrană pentru astronauții de pe stațiile spațiale.

•

eștI ceeA ce MĂnâncI

proverbul este valabil de mii de ani. cele mai multe impurităţi ajung în corpul nostru prin ceea ce consumăm, în timp ce produsele alimentare sunt, de asemenea, o sursă de substanțe nutritive importante (esențiale); prin urmare, este foarte important ce mâncăm. un regim alimentar variat este crucial. o parte importantă din dieta sănătoasă este faptul că substanţele nutritive care sunt necesare pentru funcționarea organismului nostru, trebuie introduse în cantități suficiente, indiferent dacă sunt macronutrienți (glucide, lipide, proteine) sau micronutrienți

(oligo-elemente, vitamine, anti-oxidanţi). Alimentele care întăresc sănătatea - sau alimentele funcționale - sunt, de asemenea, alimente inovatoare. unul dintre primele şi încă cel mai vândut aliment funcțional este sarea iodată. (Iodul este un element esențial pentru funcționarea bună a tiroidei). tehnicile de gătit inovatoare au o valoare nutritivă ridicată deoarece ele păstrează ingredientele sănătoase active ale produsului alimentar şi creează noi oportunități de integrare a substanţelor pentru protecția sănătății în hrana noastră.

proverbul este valabil de mii

de ani

92

conțInut

Introducere 2,3

Viața urbană 4,5

Viitorul apei – cum poate ştiința să ne potolească setea? 6-11

Aer curat – prin metode ştiințifice 12-19

oraşele moderne ale viitorului 20-31

energie inteligentă 32,33

Surse de energie revizuite 34-43

Surse viitoare de lumină 44-55

noi perspective în transport 56-67

lanțul alimentar sustenabil 68,69

cum să hrănim generațiile viitoare? 70-77

Ambalajele inteligente ale viitorului pentru alimente 78-83

știința în bucătărie 84-91

93

notițe

94

Date post:	07-Apr-2016
Category:	Documents
Upload:	chemgeneration
View:	247 times
Download:	5 times

Manual de sustenabilitate

Documents